Scheme de monitorizare și control al parametrilor proceselor tehnologice. Controlul și managementul mașinilor-unelte și liniilor automate. Sisteme de control cu ​​un singur circuit și multi-circuit

În ciuda varietății uriașe procese tehnologice industria chimica, toate constau în operații tehnologice separate, fiecare dintre acestea, după cum sa menționat mai sus, poate fi atribuită uneia dintre următoarele grupe de procese tipice: mecanice, hidrodinamice, termice, de transfer de masă, chimice (reactor), termodinamice. 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 schemelor standard de automatizare 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, uscare într-un uscător cu tambur sau într-un uscător cu pat fluidizat) și, ca obiecte de automatizare, diferă semnificativ în proprietățile lor. În consecință, doar o combinație a două caracteristici - tipul de proces tehnologic și tipul de aparat în care se realizează acest proces - determină pe deplin obiectul tipic al controlului automat în producția chimică.

Pentru fiecare obiect tipic se pot dezvolta una sau mai multe variante de sisteme de automatizare.

consumul ACP... Cel mai adesea apare problema reglării debitului de gaz, lichid sau vapori transportat prin conductă. Controlul debitului într-un astfel de sistem se realizează prin reglarea debitului, care depinde de gradul de deschidere al supapei de control (a se vedea figura 7.2):

Figura 7.2 - Cel mai simplu debit ACP

Obiectul reglementării 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, se folosesc de obicei regulatoare PI.

În sistemele de control al debitului, se utilizează una dintre cele trei metode de modificare a debitului:

- stropit curgerea substanței prin corpul de reglare instalat pe conductă (ropa, poarta, amortizor);

Modificarea presiunii în conductă folosind o sursă de energie reglată (de exemplu, modificarea numărului de rotații ale motorului pompei sau a unghiului de rotație al palelor ventilatorului);

- ocolire, adică excesul de substanță din conducta principală a crescut în linia de ocolire.

Debitul după pompa centrifugă este controlat de o supapă de control instalată pe conducta de refulare (Figura 7.3, a). Atunci când utilizați 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 ruptură a conductei (sau la supratensiune dacă supapa este instalată la pompă). aspiraţie). În acest caz, bypass-ul debitului este utilizat pentru a controla debitul (Figura 7.3, b).

1 - debitmetru; 2 - supapă de control; 3 - regulator; 4 - pompa.

Figura 7.3 - Scheme de control al debitului după pompe centrifuge (a) și cu piston (b).

Controlul debitului prin reglarea debitului în conducta de ocolire. La utilizarea pompelor cu piston, elementele de control nu trebuie instalate pe conducta de refulare, deoarece o modificare a gradului de deschidere a unui astfel de organ duce doar la o modificare a presiunii în conducta de refulare, în timp ce debitul rămâne constant. Închiderea completă a regulatorului poate deteriora pompa. În acest caz, regulatorul este instalat pe linia de bypass care conectează conductele de aspirație și refulare (Figura 7.3, 6).

Dezavantajul acestei metode de control este eficiența sa scăzută. Mai economică este metoda de reglare prin modificarea performanței pompei: numărul de rotații ale arborelui, cursa pistonului, unghiul de înclinare al paletelor.

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 modificarea frecvenței curentului de alimentare,

4. Adoptarea ambreiajelor cu alunecare reglabile între pompă și motorul cu inducție.

Reglarea debitului de solide în vrac se realizează prin modificarea gradului de deschidere a clapei de reglare la ieșirea buncărului (Figura 7.4, a), sau prin modificarea vitezei benzii transportoare. Cu această opțiune, debitmetrul este un dispozitiv de cântărire care determină masa materialului pe banda transportoare (Figura 7.4, b).

1 - buncăr. 2 - transportor; 3 - regulator; 4 - amortizor de reglare; 5 - motor electric

Figura 7.4. Scheme de control al debitului pentru solidele în vrac:

Reglarea raportului de consum a două substanțe poate fi efectuată în trei moduri:

Cu o productivitate totală neprecizată, debitul unei substanțe (Figura 7.5, a) G1, numit „conducător”, poate varia în mod arbitrar; a doua substanță este furnizată într-un raport constant de γ cu prima, astfel încât debitul „acţionat” este egal cu JG1. Uneori, în locul unui 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 regulatorului 5, care asigură menținerea debitului „slave”.

La un anumit debit „conducător” dat, în afară de ACP, raporturile debitului „conducător” sunt, de asemenea, utilizate de către ACP (Figura 7.5, c). Cu o astfel de schemă, în cazul unei modificări a referinței pentru debitul G1, debitul G2 se va schimba automat și debitul G2 (într-un raport dat cu G1).

Cu o sarcină totală dată și corecția coeficientului pentru al treilea parametru. ACP al raportului costurilor este un contur intern în sistem în cascadă reglarea celui de-al treilea parametru tehnologic (de exemplu, temperatura din aparat). În acest caz, coeficientul de raport specificat este stabilit de un controler extern, în funcție de acest parametru, astfel încât G2 = JfyJG1 (Figura 7.5, d). Particularitatea instalării ACP-urilor în cascadă este că limitarea strn este setată pentru sarcina către regulatorul 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 reglare; 5 - regulator de debit, 6 - releu de raportare, 8 - regulator de temperatura, 9 - dispozitiv limitator.

Figura 7.5. Scheme de reglare a debitului.

Amestecarea lichidelor. La dezvoltare soluție standard sub obiectul de control ne referim la un recipient cu agitator mecanic, in care se amesteca doua lichide. Scopul controlului este obținerea unui lichid (amestec) cu o anumită concentrație de orice componentă. Debitele lichidelor A și B și concentrațiile acestora se pot modifica dacă este încălcat regimul tehnologic al proceselor anterioare. Consumul de amestec este determinat de procesul tehnologic ulterior.

Necesar la efectuarea procesului de amestecare:

1. Mentineti echilibrul material al mixerului, de ex. F A + F B = F amestec.

2. Mentineti o concentratie constanta a amestecului, adica Q al amestecului = const.

Pentru a menține echilibrul materialului, nivelul amestecului din rezervor trebuie selectat ca valoare controlată. Constanța nivelului se realizează prin modificarea debitului F B. Constanța concentrației Q a amestecului poate fi asigurată prin modificarea 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, pentru a îmbunătăți calitatea controlului concentrației, trebuie utilizat un regulator de raport al debitului lichidului corectat în funcție de concentrație. Acest regulator ajută la reducerea perturbărilor de concentrație introduse de modificarea inițială a fluxului de fluid. Când apar alte influențe perturbatoare, de exemplu, cu o modificare a concentrației componentelor în lichide, sarcina raportului debitului se va modifica (Figura 7.7).

Figura 7.7 - Un exemplu de raport de nivel 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 de debit (cu sau fără corecție, Figura 7.8). .

Figura 7.8 - Reglarea procesului de amestecare în conductă

Nivelul ACP. Nivelul este un indicator indirect al echilibrului hidrodinamic din aparat. Constanța nivelului indică respectarea bilanțului material, atunci când fluxul de lichid este egal cu scurgerea, iar rata de modificare a nivelului este egală cu zero.

V caz general modificarea nivelului este descrisă de o ecuație de forma:

Unde S- aria secțiunii orizontale (libere) a aparatului; G ex, G eыx- debitele de lichid la intrarea si iesirea aparatului; G o6- cantitatea de lichid formată (sau consumată) în aparat pe unitatea 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:

Control pozițional, la care nivelul din dispozitiv este menținut în limitele 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, în care nivelul este stabilizat la o valoare dată, adică L = L.

1 - pompa; 2 - aparate; 3 - indicator de nivel; 4 - regulator de nivel; 5.6 - supape de reglare.

Figura 7.9 - Schema controlului nivelului pozițional

Sunt impuse cerințe deosebit de înalte asupra preciziei controlului nivelului în schimbătoarele de căldură, în care nivelul lichidului afectează semnificativ procesele termice. De exemplu, în schimbătoarele de căldură cu abur, nivelul condensului determină suprafața reală de transfer 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 de erori statice.

În absența transformărilor de fază în aparat, nivelul acestuia este reglat în unul din trei moduri:

Prin modificarea debitului lichidului la intrarea în aparat (reglare „la intrare”, Figura 7.10, a);

Prin modificarea debitului lichidului la ieșirea aparatului (reglare „pe scurgere”, Figura 7.10, b);

Prin reglarea raportului debitelor de lichid la intrarea și ieșirea aparatului cu corecție de nivel (cascada ACP, Figura 7.10, c); oprirea circuitului de corectare poate duce la o acumulare de erori în timpul controlului nivelului, deoarece din cauza erorilor inevitabile în setarea regulatorului de raport, debitele la intrarea și la ieșirea aparatului nu vor fi exact egale între ele și datorită proprietățile integratoare ale obiectului, nivelul din aparat va crește (sau scădea) continuu.

a - regulament „cu privire la aflux”; 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 controlului nivelului în evaporator

În cazul în care procesele hidrodinamice din aparat sunt însoțite de transformări de fază, este posibilă reglarea nivelului prin schimbarea alimentării cu lichid de răcire (sau lichid 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 îl ocupă sistemele de control al nivelului în dispozitivele cu un strat fluidizat (pseudo-lichefiat) de material granular (Figura 7.12).

Menținerea stabilă a nivelului patului fluidizat este posibilă în limite destul de înguste ale raportului dintre debitul de gaz și masa patului. Cu fluctuații semnificative ale debitului de gaz (sau al debitului de material granular), stratul este îndepărtat sau atenuat. Prin urmare, se impun cerințe deosebit de ridicate asupra acurateței controlului nivelului patului fluidizat. Debitul de material 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 - prin retragerea materialului granular, 6 - prin 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 dintre debitele fazei gazoase la intrarea și la ieșirea aparatului. Constanța presiunii mărturisește respectarea bilanțului materialului în faza gazoasă. În mod obișnuit, presiunea (sau vidul) din unitatea tehnologică este stabilizată în orice aparat și în întregul sistem este stabilită în conformitate cu rezistența hidraulică a liniei și a aparatului. De exemplu, într-un evaporator cu mai multe carcase (vezi Figura 7.13, a), vidul din ultimul evaporator este stabilizat. În restul aparatelor, în absența perturbărilor, se stabilește o rarefacție, care se determină din condițiile bilanțurilor materiale și termice, ținând cont de rezistența hidraulică a liniei tehnologice.

În cazurile în care presiunea afectează în mod semnificativ cinetica procesului (de exemplu, în procesul de rectificare), este prevăzut un sistem de stabilizare a presiunii în dispozitivele individuale (Figura 7.13, b). În plus, atunci când se reglează procesul de rectificare binară, punctul său de fierbere este adesea folosit ca un indicator indirect al compoziției amestecului, care este legat în mod unic de compoziție numai la presiune constantă. Prin urmare, în coloanele de rectificare a produsului sunt prevăzute de obicei 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 cu mai multe carcase

1 - coloană; 2 - condensator de reflux; 3 - capacitatea de reflux; 4 - regulator de presiune;

5 - supapă de control

Figura 7.13B - ACP de presiune în coloana de distilare

Controlul debitului într-un evaporator cu mai multe carcase. În acest sistem, efectul de reglare este fluxul de apă de răcire în condensatorul barometric, care afectează rata de condensare a aburului secundar.

Reglarea presiunii diferențiale. În astfel de dispozitive se reglează căderea de presiune, ceea ce caracterizează regimul hidrodinamic, care afectează cursul procesului (Figura 7.14).

a - într-un aparat de coloană cu garnitură; b - într-un aparat cu pat fluidizat (1 - aparat; 2 - regulator de presiune diferențială; 3 - supapă de control).

Figura 7.14 - Circuit de control al presiunii diferențiale

În general presiunea ACP lichidul, gazul sau aburul transportat prin conductă are multe în comun cu debitul ACP, deoarece obiectele reglementate au aceleaşi proprietăţi. Uneori, pentru a regla presiunea în conductele de abur sau aer comprimat, se folosesc P-regulatoare acțiune directă.

În absența unor perturbări ascuțite și semnificative în amplitudine, acestea oferă calitate bună reglare datorita inertiei minime a buclei de control.

Controlul temperaturii ACP. Temperatura este un indicator al stării termodinamice a sistemului și este folosită ca 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. De aceea recomandari generale este imposibil să se formuleze temperatura ACP la alegere și este necesară o analiză a fiecărui proces specific.

LA aspecte comune Temperatura ACP poate fi atribuită inerției semnificative a proceselor termice și a senzorilor de temperatură industriali. Prin urmare, una dintre sarcinile principale în proiectarea sistemelor 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 protectie; 2 - spațiu de aer; 3 - perete termometru; 4 - fluid de lucru.

Figura 7.15. Diagramele termometrului principal (a) și structural (b).

Schema structurală a termometrului poate fi reprezentată ca conexiune serială patru capacități termice (Figura 7.15, b): capacul de protecție 1, spațiul de aer 2, pereții termometrului 3 și fluidul de lucru în sine 4. Dacă neglijăm rezistența termică a fiecărui strat, atunci toate elementele pot fi aproximate prin legături aperiodice ale primului strat. ordine, ale căror ecuații au forma:

M j este masa, respectiv, a capacului, a spațiului de aer, a peretelui și a lichidului; c pj - capacitati termice specifice; α j1, α j2 - coeficienți de transfer termic; Fj1, Fj2 - suprafețe de transfer de căldură.

După cum se poate observa din ultimele ecuații, principalele direcții de reducere a inerției senzorilor de temperatură sunt:

Ca urmare, o creștere a coeficienților de transfer de căldură de la mediu la acoperire alegerea corecta locația senzorului; în acest caz, viteza de mișcare a mediului ar trebui să fie maximă; Cu toate acestea, este mai de preferat să instalați termometre în fază lichidă (față de faza gazoasă), în abur de condensare (față de condensat), etc.;

Reducerea rezistentei termice si a capacitatii termice a husei de protectie ca urmare a alegerii materialului si grosimii acestuia;

Reducerea constantei de timp a golului de aer datorită utilizării de umpluturi (lichid, așchii de metal); pentru convertoare termoelectrice (termocupluri), joncțiunea de lucru este lipită de capacul de protecție;

Selectarea tipului de convertor primar; De exemplu, atunci când alegeți un termometru de rezistență, un termocuplu sau un termometru manometric, este necesar să țineți cont de faptul că un termocuplu într-o versiune cu inerție redusă are cea mai mică inerție, iar un termometru manometric are cea mai mare inerție.

Numărul de pH ACP... Sistemele de control al PH pot fi împărțite în două tipuri, în funcție de precizia de control necesară. Dacă viteza de modificare a pH-ului este scăzută, iar limitele admisibile ale fluctuațiilor acestuia sunt suficient de largi, se folosesc 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 valoare dată (de exemplu, în procesele de neutralizare). Pentru a le controla, se folosesc regulatoare continue PI sau PID.

O caracteristică comună a obiectelor în timpul reglării pH-ului este neliniaritatea caracteristicilor lor statice asociate 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 prestabilite de pH, pe această curbă pot fi distinse trei secțiuni caracteristice: prima (medie), care se referă la medii aproape neutre, este aproape de liniară și se caracterizează printr-un factor de amplificare 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, aceasta 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 reală are loc aproape instantaneu, caracteristicile dinamice ale aparatelor sunt determinate de procesul de amestecare, iar în aparatele cu dispozitive de amestecare sunt descrise destul de precis prin ecuații diferențiale de ordinul I cu întârziere. În acest caz, cu cât constanta de timp a aparatului este mai scurtă, cu atât este mai dificil să se asigure o reglare stabilă a procesului, deoarece inerția instrumentelor și a regulatorului și întârzierea liniilor 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 folosesc sisteme speciale. Figura 7.17a prezintă un exemplu de sistem de control al pH-ului cu două supape de control.

a - diagrama functionala; b - caracteristicile statice ale supapelor (1, 2 - supapa 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, servește la reglarea brută 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 o reglare precisă, este proiectată pentru un nivel inferior debituluiși este configurat în așa fel încât atunci când xp = x0 p + Δ este complet deschis, iar când xp = x0 p - Δ este complet închis (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 numai într-un interval foarte îngust de modificare 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 pe bucăți (Figura 7.18), în care obiectul liniarizat are un câștig variabil.

Figura 7.18 - Aproximarea liniară pe bucăți 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 regulatori este pornit, ajustat la câștigul corespunzător al obiectului.

Figura 7.19 - Schema bloc a unui sistem de control al pH-ului cu două regulatoare.

АСР parametrii de compoziție și calitate.În procesele de tehnologie chimică, 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 măsurarea compoziției, se folosesc cromatografe, care oferă rezultate ale măsurătorilor în momente discrete (în funcție de durata ciclului cromatografului).

Discretitatea măsurătorii poate duce la întârzieri suplimentare semnificative și la o scădere a preciziei controlului dinamic. Pentru a reduce efectul nedorit al întârzierii măsurării, se utilizează un model pentru a corela calitatea produsului cu variabilele care sunt măsurate continuu. Acest model poate fi destul de simplu; coeficienţii modelului sunt precizaţi prin compararea valorii parametrului calitativ calculat din acesta şi constatat în urma analizei următoare.

Astfel, una dintre modalitățile raționale de reglare a calității este reglarea printr-un indicator indirect calculat cu rafinarea algoritmului pentru calculul acestuia prin datele analizelor directe. Între măsurători, un indice de calitate a produsului poate fi calculat prin extrapolarea valorilor măsurate anterior. O diagramă bloc a sistemului de control al parametrilor calității produsului este prezentată în Figura 7.20. Dispozitivul de calcul, în cazul general, calculează continuu evaluarea indicelui de calitate ~ (t) după formula:

în care primul termen reflectă dependența de variabilele de proces măsurate continuu sau cantitățile asociate dinamic cu acestea, de exemplu, derivate, iar al doilea - de ieșirea filtrului de extrapolare.

Pentru a îmbunătăți acuratețea reglării compoziției și calității, se folosesc instrumente cu dispozitiv de calibrare automată. În acest caz, sistemul de control calibrează periodic analizoarele de compoziție, corectându-le caracteristicile.

1 - obiect; 2 - analizor de calitate; 3 - dispozitiv de calcul; 4 - regulator

Figura 7.20 -. Diagrama bloc a parametrului de calitate a produsului ACP:

Ca exemplu, luați în considerare procesul de luare a deciziilor în automatizare unul dintre cele mai comune procese tipice.

Automatizarea procesului de amestecare. caracteristici generale procese de amestecare în medii lichide. Agitarea este un proces hidromecanic de mișcare reciprocă a particulelor într-un mediu lichid în scopul distribuției lor uniforme pe întregul volum sub acțiunea unui impuls transmis mediului de un agitator, lichid sau jet de gaz.

Transcriere

1 Ministerul General și învăţământul profesional Federația Rusă Universitatea Tehnică de Stat din Tver V.F. Komissarchik Reglarea automată a proceselor tehnologice Tutorial Tver

2 UDC 6.5 Reglarea automată a proceselor tehnologice: Manual ediția a II-a, extinsă / V.F. Comisar; Universitatea Tehnică de Stat Tver, Tver, 48p. Sunt luate în considerare metode de calcul a sistemelor automate de control pentru procese tehnologice de diferite tipuri. Conceput pentru studenții specialității. „Automatizarea proceselor și producției tehnologice” în studiul disciplinei cu același nume. Întocmit la Departamentul de Automatizare a Proceselor Tehnologice a Statului Tver universitate tehnica.

3 3 Introducere Una dintre cele mai importante sarcini de automatizare a proceselor tehnologice este controlul automat, care vizează menținerea constanței, stabilizarea valorii stabilite a variabilelor controlate sau modificarea acestora conform unei legi date în timp, controlul programat cu precizia necesară, care permite asigurarea producției de calitatea cerută, precum și funcționarea sigură și economică a echipamentelor tehnologice. Variabilele controlate sunt de obicei nivelul de funcționare, temperatura, presiunea, debitul sau calitatea umidității, densitatea, vâscozitatea, compoziția etc. indicatori ai funcționării proceselor tehnologice, care caracterizează bilanțul material sau energetic din aparat și proprietățile produsului. Sarcina de control automat este realizată prin intermediul sistemelor de control automat ACP. Schema bloc a unui ACP închis este prezentată în Fig .. F PO x SAU S P - înapoi Fig ..

4 4 În fig. indicat: SAU este un obiect de reglementare, un proces sau un aparat tehnologic; y este o variabilă reglabilă; х influență de reglementare, cu ajutorul căreia se realizează procesul de reglare. Influențele de reglementare sunt de obicei debitele de lichide, gazoase, solide în vrac; RO este un organism de lucru reglator, cu ajutorul căruia se modifică consumul de substanță energetică. Pentru a modifica debitul corpurilor lichide și gazoase, sunt utilizate pe scară largă corpurile de lucru de tip throttling cu o zonă de curgere în schimbare; S este poziția actuatorului, de obicei măsurată în % din cursa PO, cum ar fi mișcarea tijei supapei sau rotirea clapetei. Întrucât acțiunea de reglementare x, de regulă, nu este măsurată, S este de obicei luată ca acțiune de reglementare, prin urmare raportând RO la obiectul reglementării; F- influenţe perturbatoare care afectează valoarea variabilei controlate; Р - regulator automat - un set de elemente concepute pentru a rezolva problema reglementării; set - valoarea setată a variabilei controlate, care trebuie menținută de regulator; - un comparator care generează un semnal de nepotrivire de eroare: înapoi.De exemplu, Fig. prezintă o diagramă de reglare a temperaturii produsului θ pr la ieșirea schimbătorului de căldură prin schimbarea alimentării purtătorului de căldură G.

5 5 G pr θ pr R G Fig. Una dintre principalele perturbaţii în acest sistem este consumul de produs încălzit G pr. Motivul reglării într-un ACP închis este apariţia unei erori. Când apare, regulatorul modifică acțiunea de reglare 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 modificarea 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 apariția

Nepotrivirea 6 6 precede întotdeauna eliminarea sa și, în plus, un ACP închis în anumite condiții poate deveni instabil. Principalele sarcini care apar la calcularea ACP sunt: Descrierea matematică a obiectului reglementării; Justificare diagrama structuralaАСР, un tip de reglementare și formarea cerințelor pentru calitatea reglementării; 3. Calculul setarilor regulatorului; 4. Analiza calitatii reglementarii in sistem. Scopul calculării unui ACR închis este de a asigura calitatea necesară a reglementării. Prin calitatea reglementării înțelegem valorile indicatorilor care caracterizează forma curbei procesului tranzitoriu într-un ACP închis cu efect de treaptă la intrarea sa. În Fig. 3. Răspunsul tranzitoriu al sistemului în 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 constantă la alta. x a y fund b y id y fapt y fact y id Fig. 3.

7 7 Ideal ar fi ca această tranziție să se facă brusc linia y id Răspunsul tranzitoriu de-a lungul canalului liniei de acțiune reglatoare 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 metode de rezolvare a problemelor tipice apărute în calculul ACP de diferite tipuri care sunt utilizate în practica de automatizare a proceselor tehnologice .. Descrierea matematică a obiectelor de control [4] .. Principalele caracteristici și proprietăți ale obiectelor de control Un obiect de control poate fi într-una din două stări: statică sau dinamică. Static este un mod în stare staționară în care valorile de intrare și de ieșire ale unui obiect sunt constante în timp. Această definiție este valabilă pentru obiectele statice stabile. Dinamica este o schimbare în timp a variabilei de ieșire a unui obiect datorită unei modificări a variabilei de intrare sau a unor condiții inițiale diferite de zero. Caracteristicile statice ale obiectelor controlate Comportamentul unui obiect controlat în static este caracterizat printr-o caracteristică statică „input-output”, care reprezintă relația dintre valorile staționare ale variabilelor de ieșire și de intrare: f set ct Linear și non -obiectele liniare 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, notând b ". Obiectele ale căror caracteristici statice diferă de o dreaptă sunt neliniare. Panta caracteristicii statice α, egală cu derivată a variabilei de ieșire față de intrare, se numește coeficientul de transfer static al obiectului: K lim gα Coeficientul K are dimensiunea: unități ale variabilei de ieșire pe unitatea acțiunii de intrare Semnificație fizică: modificarea variabila controlata pe unitatea actiunii de intrare, adica coeficientul de transfer caracterizeaza abruptul caracteristicii statice.functia x.Pentru obiectele liniare Ku / constanta, pentru neliniare K este La calcularea ACP, caracteristicile neliniare sunt de obicei liniarizate.Liniarizarea tangentei prin aproximarea liniară a expansiunii seriei Taylor este utilizată pe scară largă.Fie x, y punctul în vecinătatea căruia este liniarizată funcția f. Considerând ddd, găsim d Când se utilizează ecuația liniarizată, rezultă luați în considerare că acuratețea liniarizării scade odată cu creșterea valorii de increment, prin urmare, liniarizarea tangentei este valabilă numai în

9 9 o vecinătate suficient de mică a punctului x. În plus, deoarece derivata funcției f este inclusă în expresie, această metodă de liniarizare este potrivită numai pentru funcții diferențiabile. Caracteristicile dinamice ale obiectelor reglementate. 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 parametrii concentrați, care pot fi considerate în mod convențional recipiente 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, din punct de vedere fizic, acestea sunt de obicei dispozitive în care una dintre coordonate este mult mai mare decât celelalte, de exemplu, un schimbător de căldură conductă în conductă, dispozitive de tip coloană etc. , valorile variabilelor depind nu numai de timp, ci și de coordonatele punctului de măsurare al variabilelor, prin urmare, ecuațiile diferențiale includ nu numai derivate în funcție de timp, ci și de coordonate. De obicei, în calcule, ecuațiile diferențiale parțiale sunt aproximate printr-un sistem de ecuații diferențiale obișnuite. În cele ce urmează, vom considera obiectele descrise prin ecuații diferențiale obișnuite de forma: 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 părții stângi și întreaga ecuație ca întreg, m este ordinea părții drepte. Deoarece obiectele reale de reglare reprezintă legături inerțiale, întotdeauna m

11 Proprietăți de bază ale transformării Laplace. Întârzierea argumentului cu τ corespunde înmulțirii imaginii cu τ e. Teorema deplasării originalului, i.e. L e τ (τ) 4 Această proprietate permite să se găsească imagini ale ecuațiilor diferențiale cu un argument întârziat .. Diferențierea originalului la condiții inițiale zero corespunde înmulțirii imaginii cu p: d L d, prin urmare, formal, variabila p poate fi considerată un simbol al diferenţierii. În static, r. În cazul general, d L d 5 Întrucât integrarea este acțiunea inversă a diferențierii, integrarea originalului corespunde împărțirii imaginii la 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 raport cu imaginea variabilei de ieșire ur, iar apoi să se întoarcă de la imagine la original. Această operație se numește transformată Laplace inversă și se notează cu operatorul L () L:

12 Transformarea Laplace inversă este determinată de integrala α j π e d j α j Pentru a facilita găsirea imaginii din original și a originalului 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 a controlului. 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 funcție de transfer W bm nmn L b L, sub forma: sau, deoarece b, funcția de transfer poate fi scrisă în b WLL mmnn B, A unde Ap și Bp sunt polinoame de ordinele p n 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. Statica de odihnă este un caz special de dinamică a mișcării. Prin urmare, K este un caz special al lui W în statică. Deoarece p în statică, K W 6

13 3 Caracteristicile timpului Caracteristica temporală a unui obiect este reacția acestuia la un semnal aperiodic tipic. O funcție în trepte sau funcția derivată - δ - este folosită cel mai adesea ca semnale de intrare. Răspunsul unui obiect sau al oricărei legături dinamice la o funcție de pas de amplitudine unitară, o funcție de pas unitară, se numește caracteristica tranzitorie a obiectului legăturii h. Reacția obiectului la un pas de amplitudine arbitrară x se numește curba de accelerație a obiectului din Fig. 4. Pentru a obține răspunsul tranzitoriu de la 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 Fig. 5.

14 4 Caracteristicile frecvenței Determinați comportamentul unui obiect în domeniul frecvenței atunci când la intrarea sa este aplicat un semnal armonic: m sin, unde πf π / este frecvența circulară a semnalului, f este frecvența, este perioada de repetiție a semnal, xm este amplitudinea semnalului. La ieșirea unui obiect liniar apar și oscilații armonice de 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 să schimbăm două valori ale amplitudinii și fazei simultan, este convenabil să luăm în considerare caracteristicile frecvenței în plan complex. Semnalul de intrare armonic este reprezentat pe planul complex de vectorul j, a cărui lungime a modulului este egală cu amplitudinea х m, iar unghiul de pantă al argumentului este egal cu faza de oscilație Fig. 7: j m e j Simbolul în acest caz înseamnă „înfățișat”.

15 5 În mod similar, semnalul de ieșire al obiectului este reprezentat în plan complex de vectorul j: m e j ϕ j Imaginile j și j sunt numite imagini Fourier ale spectrelor Fourier ale semnalelor armonice și. Raportul dintre imaginile Fourier ale semnalului armonic de ieșire la intrare se numește funcția de transfer de frecvență a FPF sau răspunsul în frecvență complex W j: jm jϕ W jejm A e jϕ semnale de intrare la o 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, formal, expresia funcției 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 orice legătură dinamică în dinamică cu o formă arbitrară a acțiunii de intrare. Funcția de transfer de frecvență reflectă

16 6 Comportamentul obiectului de legătură numai în regimul staționar al vibrațiilor armonice. Astfel, funcția de transfer de frecvență este un caz special al funcției de transfer în același mod în care variabila imaginară este un caz special al variabilei complexe p. j este Funcția de transfer de frecvență se scrie sub 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 de sfârșitul vectorului când frecvența se schimbă de la o la se numește caracteristica amplitudine-fază a AFC. AFC arată cum se modifică rapoartele de amplitudine și defazarea dintre semnalele de ieșire și de intrare odată cu o schimbare a frecvenței semnalului de intrare din Fig. 8. Dependențele raportului dintre amplitudinile semnalelor de ieșire și de intrare A și defazarea dintre semnalele de ieșire și de intrare ϕ pe frecvență se numesc caracteristici amplitudine-frecvență AFC și, respectiv, fază-frecvență fază-frecvență, Fig. 9. AFC conține aceleași informații despre obiectul link ca și AFC și PFC combinate. j A ϕ ϕ A Fig. 8. Fig. nouă.

17 7 Proprietăţile de bază ale obiectelor reglementate. Încărcare Încărcare este cantitatea de substanță sau energie luată de la obiectul controlat în timpul funcționării. Schimbarea sarcinii, de regulă, este principalul efect deranjant în sistemul de control, deoarece conduce la un dezechilibru între afluxul și ieșirea materiei energetice în obiect, ceea ce determină o modificare a variabilei controlate, de exemplu, nivelul de lichid 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 amestecul perfect de orez. constanta de timp este egală cu raportul dintre volumul de lichid stocat de rezervor și sarcina, adică. constanta de timp a acestui obiect este invers proporțională cu sarcina. Capacitate Capacitatea este cantitatea de energie pe care un obiect este capabil să o acumuleze. Capacitatea caracterizează inerția obiectului controlat. Obiectele reglementate pot avea o singură capacitate și mai multe. Obiectele cu mai multe containere constau din două sau mai multe containere, separate prin

18 8 rezistențe de tranziție. Numărul de containere determină ordinea ecuației diferențiale a obiectului. De exemplu, un recipient cu un lichid din Fig. aparține numărului de obiecte cu o singură capacitate. Un exemplu de obiect cu trei capacități este un schimbător de căldură cu carcasă și tub din Fig., în care lichidul încălzit primește căldură prin pereții tuburilor de la lichidul de răcire. Primul recipient este cantitatea de căldură din lichidul încălzit din 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 țevilor, această capacitate este de obicei mică în comparație cu restul și este neglijată. Autonivelare Autonivelare capacitatea unui obiect de a restabili echilibrul între afluxul și ieșirea materiei energetice din cauza unei modificări a variabilei controlate din cauza feedback-ului negativ intern în obiectul de control. De exemplu, într-un recipient cu drenaj liber, orez. odata cu cresterea debitului, nivelul creste si din aceasta cauza debitul creste pana la restabilirea echilibrului intre aflux si iesire. Cu cât valoarea de autonivelare este mai mare, cu atât variabila controlată se abate sub influența perturbațiilor. 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 în starea de echilibru.

19 9 secţiune, în care variabila controlată se opreşte şi se opreşte din schimbare Fig., Curbă. 3 Fig. Cantitativ, valoarea de autonivelare se caracterizează prin coeficientul de autonivelare ρ, care reprezintă modulul valorii invers coeficientului de transfer static al obiectului: ρ K Coeficientul de autonivelare arată cât de mult variabila de intrare a obiectului trebuie să se schimbe pentru ca rezultatul să se schimbe cu unul. Obiectele liniare au ρ cons de autonivelare constantă, variabile neliniare ρ Vr. Obiectele care nu au auto-aliniere, obiectele cu auto-aliniere zero, includ așa-numitele obiecte neutre sau astatice, care reprezintă legături integratoare din punct de vedere dinamic. Modificările variabilei controlate în astfel de obiecte pot fi atât de mari cât se dorește. Un exemplu de neutru

20 al obiectului este un recipient cu scurgere forțată a Fig. Aici, la Qpr Q st, nivelul urcă până la debordarea recipientului sau scade la zero. Q pr H Q st Fig. În caz de egalitate între fluxul de 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 în stare staționară a caracteristicii tranzitorii a unui obiect astatic este o linie dreaptă, pe care variabila controlată se modifică cu o viteză constantă, curba din Fig. Ecuația unei legături integratoare ideale К d, de unde d / d К Parametrul К а, care caracterizează obiectele cu autonivelare zero, se numește viteza de accelerație redusă a unui obiect neutru și dă sens ratei de modificare a variabilei controlate pe unitatea 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 se numesc obiecte cu auto-aliniere negativă. Din punct de vedere dinamic, sunt legături instabile. Pentru obiecte neutre și instabile ρ. Întârziere Întârzierea 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 pe trecerea distanței de la punctul de aplicare a perturbației până la punctul de măsurare a variabilei controlate într-un obiect unic capacitiv. Un exemplu de legătură cu o întârziere pură este un alimentator cu bandă transportoare fig. 3. Timpul de decalaj net 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 cu capacități multiple, 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 unui n, două - n obiecte nm multi-capacitive. Când numărul capacităților n>, în caracteristica tranzitorie apare un punct de inflexiune P. Odată cu creșterea n, secțiunea inițială a caracteristicii tranzitorii tinde din ce în ce mai mult spre axa absciselor, în urma căreia se formează o întârziere capacitivă τ e . Există o diferență fundamentală între întârzierile nete și capacitive. Cu întârziere pură, variabila controlată este zero pe tot parcursul timpului de întârziere. Cu un lag 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 se separe întârzierea capacitivă de cea pură pe caracteristica experimentală. Prin urmare, dacă întârzierea netă este determinată din curba de accelerație experimentală, valoarea acesteia este întotdeauna subiectivă, adică. depinde de cercetător. Întârzierea înrăutățește drastic calitatea reglementării în sistemul de facturare... Metode descriere matematică obiecte de reglementare Metodele de descriere matematică a obiectelor de reglementare pot fi împărțite în analitice, i.e. nu este necesar niciun experiment

23 3 la o instalație industrială și experimentală i.e. pe baza rezultatelor experimentului. Metode de obținere modele matematice obiecte bazate pe analiza proceselor fizice și chimice care au loc în obiect, ținând cont de proiectarea acestuia și de caracteristicile substanțelor prelucrate. Avantajele modelelor analitice ale obiectelor. Nu sunt necesare experimente industriale la fața locului. Prin urmare, aceste metode sunt potrivite pentru a găsi modele de obiecte în stadiul de proiectare a acestora sau atunci când este imposibil cercetare experimentală caracteristicile obiectelor de reglementare .. Modelele analitice cuprind caracteristicile de proiectare ale obiectelor si indicatori ai modului tehnologic de functionare a acestora. Prin urmare, astfel de modele pot fi utilizate pentru a selecta designul optim al aparatului și pentru a-și optimiza regimul tehnologic. 3. Modelele analitice pot fi folosite pentru obiecte similare. În același timp, modelele analitice sunt destul de complexe. În obiectele reale se pot produce simultan trei tipuri de procese: transformări chimice, transfer de căldură și de masă. Contabilitatea simultană a tuturor acestor procese este o sarcină destul de dificilă. Metodele experimentale de obținere a modelelor includ obținerea de caracteristici temporale sau de frecvență ca urmare a unui experiment industrial și aproximarea acestora, i.e. selectarea unui raport analitic care descrie datele experimentale cu acuratețea necesară. Atunci când se iau caracteristici temporale, obiectul se află într-un mod de tranziție de la o stare staționară la alta. Când se elimină caracteristicile de frecvență, obiectul este pus într-un mod constant de oscilații armonice. Prin urmare, obținerea frecvenței

24 4 caracteristici, în principiu, vă permit să obțineți informații mai reprezentative despre obiect, mult mai puțin dependente de perturbațiile aleatorii care acționează asupra obiectului. Dar experimentul de măsurare a caracteristicilor de frecvență necesită mai mult timp decât experimentul de măsurare a caracteristicilor de timp și necesită echipamente speciale. Prin urmare, cel mai accesibil în condiții reale este obținerea de caracteristici temporale. Trebuie remarcat însă 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. Obţinerea şi aproximarea caracteristicilor temporale ale obiectelor reglementate Pregătirea şi desfăşurarea experimentului La elaborarea schemei experimentale de preluare a caracteristicilor temporale ale obiectelor reglementate se rezolvă probleme legate de măsurarea şi înregistrarea acţiunii de testare şi a variabilei controlate. Planificarea experimentului se reduce la alegerea tipului de impact al testului, a mărimii amplitudinii acestuia și a numărului de experimente. Pentru a obține o curbă de accelerație, o funcție de treaptă este utilizată ca efect de testare. Dacă o acțiune în treaptă este inacceptabilă pentru obiectul de control fără autonivelare sau o abatere pe termen lung a variabilei controlate de la valoarea nominală este inacceptabilă, se utilizează acțiunea de tip impuls dreptunghiular. Răspunsul tranzitoriu de impuls rezultat în conformitate cu principiul suprapunerii pentru obiectele liniare poate fi reconstruit într-o curbă de accelerație.

25 5 Atunci când se alege amplitudinea acțiunii de testare, se caută un compromis între următoarele cerințe contradictorii. 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 scăderea calității produsului sau la apariția unui regim de urgență. În plus, la perturbații mari, neliniaritatea caracteristicilor statice ale obiectului afectează. La determinarea numărului 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-staționaritatea caracteristicilor. la timp. Înainte de a efectua experimentul, obiectul trebuie să fie stabilizat în vecinătatea modului nominal de funcționare al acestuia. Experimentul de a lua caracteristica 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 cuprinde trei etape.Alegerea functiei de transfer de aproximare. Caracteristicile tranzitorii ale obiectelor cu parametrii de autonivelare și concentrați sunt aproximate printr-o funcție de transfer rațională fracțională în cazul general cu o întârziere pură de forma:

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 transformată Laplace p se adună cu factorul transformării Laplace, semnul legăturii integratoare. După cum arată practica, se obține o precizie satisfăcătoare de aproximare 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 acesteia.Determinarea coeficienților funcției de transfer de aproximare. Vezi mai jos 3. Estimarea preciziei de aproximare. Pentru a estima acuratețea aproximării, 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 de aproximare sunt date în Tabelul .. Când se calculează pe calculator expresiile pentru caracteristicile tranzitorii, trebuie să mergem la timpul discret τ 7 i, intervalul de eșantionare, iar dacă există un întârziere pură în modelul 7, argumentul la ii la i > τ k Aproximarea caracteristicilor tranzitorii ale obiectelor cu autonivelare printr-o legătură inerțială de ordinul întâi cu întârziere a

27 7 W To e τ 8 Pentru a determina τ și T la caracteristica tranzitorie din Fig. 5, desenați o tangentă AB în punctul de inflexiune C punctul de inflexiune corespunde unghiului maxim α dintre tangentă și axa absciselor gura BC gura O τ α AD Segmentul OA tăiat de tangenta pe axa absciselor, luat ca timp de întârziere pură τ: τ ОА.Lungimea proiecției subtangente a segmentului AB pe axa absciselor este luată ca Т: TAD Fig. 5. Coeficientul de transfer K se găsește ca raport dintre incrementele valorilor de ieșire și de intrare în starea staționară: set K 9 set

28 8 Tabel. Modele Funcția de transfer Rădăcinile ecuației caracteristice Caracteristica tranzitorie К e К, - amplitudinea acțiunii pasului 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 γ β γ γ γ αβ γ γ γ β α γ γ γ β 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 β γ γ γ ααβ γ γ ααβ γ γ 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 γ γ α α α α γ γ α α α γ sin

30 b Metoda interpolării Curba de acceleraţie este pre-normalizată de la la după formula ~; ~ Pe curba normalizată din Fig. 6 sunt selectate două puncte A și B, nodurile de interpolare, prin care trebuie 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 pentru punctele A și B, obținem un sistem de două ecuații cu două necunoscute: ~ ~ AB ee 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 auto-aliniere printr-o legătură de integrare cu întârziere sau o legătură de integrare reală Funcția de transfer de aproximare se caută sub forma: W К τ e 3 sau W K 4 Parametrii modelelor 3, 4 pot fi determinați cu ușurință prin trasarea asimptotei BC la secțiunea constantă a curbei de accelerație Fig. 6: C A α B 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 are scopul de a aproxima caracteristicile tranzitorii ale obiectelor fără întârziere netă și cu autonivelare, atunci componentele corespunzătoare legăturilor de întârziere pură și cea integratoare trebuie excluse din curba de accelerație, dacă există. Pentru a elimina componenta datorată întârzierii nete, toate abscisele curbei de accelerație ar trebui reduse cu valoarea întârzierii nete τ, adică. mutați originea la dreapta cu τ. În acest caz, în funcția de transfer a unui obiect cu o întârziere netă W despre W e „aproximativ Secțiunea AB a răspunsului tranzitoriu fără întârziere Fig.7 τ” corespunde funcției tranzitorii W aproximativ. B Y A C τ A Fig. 7. B α Fig. 8. - Când se aproximează caracteristica tranzitorie a unui obiect fără autonivelare, aceasta este reprezentată ca diferența dintre două caracteristici în Fig. 8:

33 33 Pentru a face acest lucru, trageți asimptota BC la secțiunea în stare staționară a caracteristicii și fasciculul OA paralel cu BC. Scăzând din, aflăm. - răspunsul tranzitoriu al legăturii integratoare cu funcţia de transfer W K Coeficientul K se găseşte în continuare conform formulei 5: K gα gura este răspunsul tranzitoriu al obiectului cu autonivelare. Corespunde funcţiei de transfer W. Datorită liniarităţii transformării Laplace, funcţia de transfer a obiectului corespunzătoare caracteristicii este: W К W W W о Coeficienţii funcţiei de transfer W pot fi găsiţi prin metoda descrisă mai jos. Reducând expresia pentru W aproximativ la un numitor comun, obținem funcția de transfer dorită a obiectului fără autonivelare. Determinarea coeficienților funcției de transfer a obiectului prin metoda zonelor Simoyu Metoda este concepută pentru a determina coeficienții funcției de transfer fracțional-raționale a obiectului de forma m bm L W despre K aproximativ n 6 L n

34 34 În practică, după cum s-a notat, 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 în 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 Reducând 7 la un numitor comun și echivalând coeficienți 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 ecuații.

35 35 Deci, sistemul 8 sau 9 vă permite să determinați coeficienții funcției de transfer 6 prin coeficienții de expansiune necunoscuți până în prezent S. Pentru a-i determina pe cei din urmă, luați în considerare imaginea Laplace a abaterii răspunsului tranzitoriu normalizat de la constant- valoare de stare: L despre (~) L () L (~) [W p] Din găsim W despre (L [~]), sau ținând cont de definiția transformării Laplace 3: W despre [~] ed Expanding funcția e într-o serie în puteri: e !! 3 3 L L, 3 !! putem reprezenta integrala în expresie ca o sumă de integrale: ~ e d ~ d d ~ d! ~! ~ d L! Înlocuind expansiunile 7 și în, înmulțind seria de puteri ale 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 S i i LLLLLLLLLLLLLLL În calculele practice, integralele 3 se determină prin metode numerice. De exemplu, când se folosește metoda trapezoidală, 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 discretitatea intervalului de citiri ale răspunsului tranzitoriu normalizat, N este numărul de puncte ale răspunsului tranzitoriu. Din punct de vedere geometric, coeficientul S este aria delimitată de curba ~ și linia valorilor în regim de echilibru. S - este aria ponderată cu funcția de greutate S etc. Astfel,

37 37 S coeficienți există niște zone ponderate, ceea ce determină denumirea metodei. Dacă, în calcule, al --lea coeficient S s-a dovedit a fi negativ, este necesar în modelul 6 să se micșoreze n cu unu sau să se crească m, adică. reduce diferența n-m .. Regulatoare industriale ACP [4] .. Schema funcțională a unui regulator automat Un regulator automat este un ansamblu de elemente care servesc la reglarea proceselor tehnologice. Schema funcțională a ACP închis arată ca Fig. 9 înapoi S x W SU FU IM RO OR IE F Regulator automat Fig. 9. Obiectul reglementării În fig. 9 denotă: З - reglatorul variabil servește la setarea valorii dorite prestabilite; SU - un dispozitiv de comparare, generează un semnal de nepotrivire; spatele FU - un dispozitiv de formare, servește la formarea legii de reglementare în controlerele electrice împreună cu IM; IM - un mecanism executiv, activează RO;

38 38 RO - organ de lucru de reglementare, servește la modificarea influenței de reglementare х; SAU face obiectul reglementării în sine; Elementul de măsurare IE este utilizat pentru a măsura variabila controlată y și a o converti într-un semnal unificat. Corpul de lucru împreună cu motorul, dacă există, se referă de obicei la obiectul reglementării. Elementul de măsurare poate fi legat atât de obiect, cât și de regulator. În acele cazuri în care un element de măsurare este utilizat pentru a lua o caracteristică de timp, acesta este denumit obiect. Astfel, un regulator automat include un regulator de valoare controlată, un dispozitiv de comparație, un dispozitiv de modelare și un actuator... Clasificarea regulatoarelor în funcție de consumul de energie dintr-o sursă externă. 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 de lichid 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 un control de înaltă calitate. Dezavantajele acestora sunt și dificultatea implementării unor legi complexe de reglementare și a obținerii unor eforturi mari de rearanjare a corpului de lucru. În regulatoarele cu acțiune indirectă, energia unei surse externe este utilizată pentru a rearanja corpul de lucru, prin forma căreia

39 39 disting 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 considerente: natura mediu inconjurator, conditii de munca, cerinte speciale...3. Clasificarea reglementatorilor conform legii de reglementare Legea de reglementare este înțeleasă ca ecuația dinamicii regulatorului. Există cinci legi tipice de reglementare: proporțional P, integral I, proporțional-integral PI, proporțional - diferențial PD și proporțional - integral-diferențial PID. Controlere statice proporționale Ecuația dinamicii regulatorului P K 5

40 4 unde este discrepanța valorii controlate, înapoi x este efectul de reglare, mai precis, incrementul efectului de reglare relativ la componenta constantă, de aceea este mai corect să scriem 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 de la 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 în sistem o schimbare de fază negativă a răspunsului de fază al controlerului P, ACP cu controlerul P are proprietăți dinamice bune . Dezavantajul sistemelor cu controler P este prezența unei erori statice. Pentru un controler individual, mărimea acestei erori este determinată din ecuația controlerului: K Când controlerul P funcționează în sistemul din Fig. F K K despre Fig .. mărimea erorii de la perturbaţia F este

41 4 FK ЗСF F K despre Kob K p, unde perturbat. К ЗCF - coeficientul de transfer al sistemului în buclă închisă conform După cum putem vedea, eroarea statică în sistemul cu controlerul P este invers proporțională cu coeficientul său de transfer, a cărui valoare limită este determinată de valoarea necesară a marja de stabilitate a ACP închis. Controlerele proporționale sunt utilizate în automatizarea obiectelor de control cu ​​inerție redusă, atunci când valoarea lui K poate fi selectată din eroare. suficient de mare pentru a reduce statica acţiunea de control în acest caz este proporţională cu integrala erorii. Coeficientul de transfer al controlerului I K d / d are semnificația ratei de modificare a acțiunii de control per unitate de eroare. Funcție de transfer: K W Funcție de transfer de frecvență:

42 4 K K W j j e Avantajul regulatorului AND este eroarea statică zero. 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 negativă π 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. Regulatoare integrale proporționale Legea de reglare a regulatorului PI poate fi scrisă în două forme: KK d K d 7 T Acțiunea de reglare a regulatorului PI este suma componentelor P și I cu coeficienții de proporționalitate K și K. Dintr-o comparație a celor două forme de înregistrare legea de reglementare, obținem: K , K T ȘI I

43 43 unde T Și timpul izodromului. К >> Funcția de transfer și funcția de transfer de frecvență: W W К j К К К, К e И К jrcg К La frecvențe înalte K, K >>, adică. Controlerul PI se comportă ca un controler P. Acest lucru face posibil ca controlerul PI să combine avantajele atât ale unui controler static, cât și ale unui controler 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 controlerului PI sau, ceea ce este același, timpul pentru care acțiunea de control a controlerului PI este înaintea controlului. acţiunea controlorului I. Valoarea lui T And caracterizează rata de integrare. Cu cât este mai mare T , 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 controler PI are eroare statică zero datorită prezenței componentei AND în legea de reglementare. Acest lucru este valabil pentru toate regulatoarele cu o componentă AND. După cum se poate observa din răspunsul de fază al regulatorului PI din fig., În zona de operare a frecvențelor 3 ϕ slave π Fig .., regulatorul slave PI introduce o defazare negativă de aproximativ -3 în sistem. Acesta 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 proaste decât cu un controler P. Regulatoare proporționale - diferențiale Legea de reglare 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. TP ora de pre-pornire. 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 frecvenţele joase ale PD regulatorul se comportă ca un regulator P, iar la frecvenţe înalte ca un diferenţiator. Deoarece legătura de diferențiere ideală este fizic irealizabilă, în controlerele PD reale, este utilizată o legătură de diferențiere inerțială reală. Funcția de transfer a unui astfel de regulator are forma W K K Cu cât constanta de timp T este mai mică, cu atât sunt mai apropiate caracteristicile regulatorului ideal și real. În statică, funcția de transfer a controlerului PD coincide cu funcția de transfer a controlerului P, prin urmare, ACP cu controlerul PD are și o eroare statică. După cum se poate observa din caracteristica fază-frecvență din Fig. 3, ϕ π ideal -3 slave real Fig. 3. În zona frecvențelor de operare ale PD, regulatorul introduce o schimbare de fază pozitivă în sistem, crescând marja de stabilitate a acestuia. 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 ​​cazul 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 practic nu sunt folosite, deoarece în prezența interferenței de înaltă frecvență suprapusă semnalului util de joasă frecvență, operația de diferențiere degradează brusc raportul semnal-zgomot, drept urmare amplitudinea derivatei de zgomot poate depăși semnificativ amplitudinea derivatei de semnalul util. În ceea ce privește semnificația fizică a timpului de avans, putem spune că TP este timpul pentru care acțiunea de reglare a PD a regulatorului este înaintea acțiunii de reglare a P a regulatorului cu o acțiune de intrare liniară Fig. 4 x PD PD p Fig. 4. Regulatoare diferențiale proporționale - integrale Ecuația dinamicii: d d К К d К К d П d 9 d И Funcții de transfer ale regulatoarelor PID ideale și reale:

47 47 WW K K K K K K K K I P, Funcția de transfer de frecvență a unui regulator PID ideal: W j K K K e K K jrcg K Sistemele cu regulatoare PID combină eroarea statică zero cu o dinamică bună, deoarece, după cum se poate observa din răspunsul de fază al regulatorului PID, Fig. .5 în zona frecvențelor de operare, controlerul PID este același cu ϕ π lucru ideal real π Fig. 5. Regulatorul A și P, nu introduce defazaj negativ 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 conţină un termen ŞI. În ordinea deteriorării proprietăților dinamice, legile de control sunt dispuse în următoarea ordine: PD, PID, P, PI, I. Regulatoarele cu componentă D au imunitate slabă la zgomot. Din acest motiv, controlerele PD practic nu sunt utilizate, în timp ce regulatoarele 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 reglajului Vom determina calitatea reglării printr-un set de indicatori care caracterizează forma curbei procesului tranzitoriu într-un ACP închis fig. 6. Indicatori cheie ai calității. Abaterea dinamică maximă dyn este cea mai mare abatere a variabilei controlate de la valoarea sa specificată în procesul tranzitoriu.Indicator dyn m înapoi Într-un ACP stabil, maximul este prima abatere. dyn caracterizează acuratețea dinamică a reglajului ..

49 49 ct înapoi Indicator în modul static. m ct caracterizează acuratețea reglării la gura spatelui dyn 3 δ st Fig. Gradul de amortizare ψ - raportul dintre diferența dintre două amplitudini adiacente ale oscilațiilor direcționate pe o parte a liniei valorii în regim de echilibru la cea mai mare dintre ei 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 aprecierea calității direct de-a lungul curbei procesului de tranziție, pentru care este necesară rezolvarea ecuației diferențiale a sistemului. Pe lângă cele directe, există și criterii indirecte care permit aprecierea calității reglementării fără a avea la dispoziție o curbă de tranziție. Aceste criterii, în special, includ criteriile de calitate integrală, reprezentând integralele în timp de la abaterea variabilei controlate de la valoarea de echilibru, sau de la o anumită funcție a acestei abateri și a derivatelor sale. Cel mai simplu este criteriul integral liniar determinat de raportul: I lin d gura Din punct de vedere geometric, criteriul I lin este aria dintre curbă și linia gurii. Valoarea lui 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 lui I lin scade, iar odată cu creșterea oscilației procesului tranzitoriu scade și I lin, deși calitatea reglarii în acest caz se deteriorează. Deci, o scădere a I lin indică o îmbunătățire a calității reglementării numai pentru tranzitorii bine amortizați. Prin urmare, criteriul I lin este aplicabil proceselor aperiodice sau slab oscilante. Pentru astfel de procese, pot fi luate în considerare cele mai bune setări ale regulatorului, la care valoarea lui I lin atinge un minim. Criteriul I lin poate fi calculat prin coeficienții ecuației diferențiale ale ACP închis.

51 5 Se poate arăta că pentru un obiect de control cu ​​autonivelare și un controler PI I lin, 3 K i.e. minimul I lin se realizează la componenta integrală maximă a acțiunii de control sau, ceea ce este la fel, cea mai bună calitate a procesului tranzitoriu se realizează la maximele K. ecuații. Criteriul integral pătratic I qt: I qt gura d 3 este lipsit de acest dezavantaj.Procedee optime tipice 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 un timp de control scurt pot fi obținute datorită creșterii 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 de calitate este gradul de atenuare ψ, i.e. oscilația procesului tranzitoriu, deoarece acest indicator caracterizează marja de stabilitate a ACP. Procese pentru care ψ, 75,9, i.e. a treia amplitudine de vibrație 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. Un astfel de proces este optim în sensul criteriului I lin. Formule simplificate de calcul a setărilor regulatoarelor. sunt date formule simplificate pentru determinarea setărilor regulatoarelor care asigură o oscilație dată procesului tranzitoriu. Formulele sunt obținute din rezultatele modelării ACP. Obiectele statice sunt reprezentate printr-un model de legătură inerțială cu o întârziere pură 8, obiectele astatice printr-un model de legătură de integrare cu o întârziere 3

Cursul 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 la disciplina „Managementul sistemelor tehnice” Opțiunea 1 1. Care este scopul funcțional al senzorului din sistemul de control? 1) reglementează parametrii procesului tehnologic; 2) suprima zgomotul

Ecuații de dinamică și statică. Linearizarea La o anumită etapă de dezvoltare și cercetare a sistemului de control automat, se obține descrierea matematică a proceselor care au loc în sistem.

INSTRUCȚIUNI METODOLOGICE pentru teme pentru cursul TCB Cercetarea unui sistem de control automat neliniar DEFINIȚIA DATELOR INIȚIALE Se dau date inițiale pentru teme.

Fundamentele teoriei managementului Ph.D. Mokrova Natalia Vladislavovna Caracteristicile dinamice ale obiectelor reglementate 1. Caracteristicile timpului. Curba de accelerație. Funcție tranzitorie a impulsului. 2. Rezolvarea diferenţială

FGBOU VPO „Universitatea Tehnică de Stat din Omsk” SECȚIUNEA II SISTEME DE CONTROL AUTOMAT LINEAR CONTINU Cursul 4. LEGĂTURILE DINAMICE. CONCEPTE GENERALE, CARACTERISTICI DE TIMP ȘI FRECVENȚĂ

Lecție practică FUNCȚIA DE TRANSFER CARACTERISTICI FRECVENȚĂ Scopurile și obiectivele lucrării Ca urmare a însușirii temei, elevul ar trebui să fie capabil să obțină o ecuație de operator pentru o ecuație diferențială dată;

Cursul 5 Regulatoare automate în sistemele de control și reglarea acestora Regulatoare automate cu algoritmi tipici de control cu ​​relee, proporțional (P), proporțional-integral (PI),

Calculul caracteristicilor dinamice ale ACS liniar Să se determine funcția de greutate g (t) și funcția de tranziție h (t) a ACS liniar, constând dintr-o conexiune în serie de integrare aperiodică și ideală.

Curs 3. Descrierea matematică a obiectelor de control 1. Obiecte de control În industria chimică, obiectele tipice de control cuprind diverse procese din dispozitivele instalaţiilor tehnologice. Pentru

Curs 8 33 SISTEME STATIONARE UNIDIMENSIONALE APLICAREA TRANSFORMEI FOURIER 33 Descrierea semnalelor si sistemelor Descrierea semnalelor Pentru a descrie semnalele deterministe se foloseste transformata Fourier:

Instituția de învățământ de la bugetul de stat federal de învățământ profesional superior KAZAN UNIVERSITATEA NAȚIONALĂ DE CERCETARE TEHNICĂ le. A.N.TUPOLEVA-KAI Departamentul de Televiziune

Cursul 4 Legături dinamice tipice Sistemele de control automate sunt reprezentate convenabil ca o combinație de elemente, fiecare dintre acestea fiind descrisă printr-o ecuație algebrică sau diferențială

LUCRĂRI DE LABORATOR 5 LEGĂRI 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

Curs 11,12 Secțiunea 2: MODELE MATEMATICE ALE SISTEMELOR DE CONTROL LINEAR Tema 2.4: LEGĂJURI DINAMICE TIPICE ALE SISTEMELOR 1. Legături tipice ale sistemelor: caracteristici și ecuații; modele fizice. Planul cursului:

UDC: 62-529 SISTEME DE REGLARE AUTOMATĂ CU CORECTARE SECVENȚIALĂ Vitaly Anatolyevich Chigarev Lector principal al Universității Naționale Tehnice din Belarus, [email protected]

Subiectul 8 SISTEME LINEARE DISCRETE Conceptul de sistem discret Metode de descriere a sistemelor discrete liniare: ecuație de diferență, funcție de transfer, răspuns la impuls, funcție de transfer de frecvență

Modele continuu deterministe Modelele continuu deterministe sunt utilizate pentru a analiza și proiecta sisteme dinamice cu timp continuu, a căror funcționare este descrisă

MINISTERUL EDUCAȚIEI ȘI ȘTIINȚEI AL FEDERAȚIEI RUSE Instituția de învățământ autonomă de stat federală de învățământ superior „UNIVERSITATEA POLITEHNICĂ DE CERCETARE NAȚIONALĂ TOMSK”

Tema 3 ANALIZA ARMONICĂ A SEMNALELOR NEPERIODICE Transformate Fourier directe și inverse Caracteristica spectrală a semnalului Spectre amplitudine-frecvență și fază-frecvență Caracteristici spectrale

Semestrul de toamnă al anului universitar Tema 3 ANALIZA ARMONICĂ A SEMNALELOR NEPERIODICE Transformate Fourier directe și inverse Caracteristica spectrală a semnalului Spectre amplitudine-frecvență și fază-frecvență

4. CARACTERISTICI DE TRANZIȚIE ALE MEMBRANEI 4.1 Caracteristicile de timp ale unui sistem dinamic Pentru a evalua proprietățile dinamice ale unui sistem și ale legăturilor individuale, se obișnuiește să se studieze răspunsul acestora la acțiunile de intrare tipice,

64 Cursul 6 METODA OPERAȚIONALĂ DE ANALIZĂ A CIRCUITURILOR ELECTRICE Transformată Laplace Plan Proprietăți ale transformării Laplace 3 Metoda operatorului de analiză a circuitelor electrice 4 Determinarea originalului prin cunoscutul

Seminar 4. ANALIZA AUTOOSCILAȚIILOR PRIN METODĂ LINEARIZĂRII ARMONICE Enunțarea problemei Considerăm un sistem în 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 de Învățământ Profesional Superior Vladimir Universitatea de Stat Departamentul de Tehnologia Prelucrării Materialelor Plastice UDC

Finalizat: Acceptat: Umarov D. 1-14 IKSUTP Abdurakhmanova M.I. Analiza stabilității ACS Adecvarea practică a sistemelor de control este determinată de stabilitatea acestora și de calitatea acceptabilă a reglementării. Sub

54 Cursul 5 Transformata Fourier și metoda spectrală de analiză a circuitelor electrice Spectre de plan ale funcțiilor aperiodice și transformata Fourier Câteva proprietăți ale transformării Fourier 3 Metoda spectrală

1. Reglarea automată a nivelului apei în generatorul de abur Reglarea puterii în fiecare dintre generatoarele de abur (SG) se reduce la menținerea echilibrului de material între extragerea aburului, purjare și alimentare.

Scheme matematice: Scheme D Modelele continuu-deterministe sunt utilizate pentru analiza și proiectarea sistemelor dinamice cu timp continuu, a căror funcționare este descrisă prin deterministe

4.1 Întrebări test 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.

Cursul 5. 8.3. ANALIZA AUTOOSCILAȚIILOR PRIN METODEA LINEARIZĂRII ARMONICE 8.3 .. Enunțarea problemei Se consideră un sistem în buclă închisă cu un element neliniar. F W s x Fig. Libera circulație este în studiu

Institutul Direcția de pregătire AVTI 70404 Management în sisteme tehnice Banca de sarcini pentru partea specială a probei de admitere la magistratură Fișă de examen sarcina 6 (5 puncte) Subiect

Tema 8 ACS DISCRETE Cursul 7 Concepte generale și definiții ale teoriei ACS discrete. Informații de bază despre aparatul matematic al teoriei sistemelor staționare liniare discrete. 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 staționară. Caracteristicile de frecvență includ:

TEORIA STABILITĂȚII SISTEMELOR LINEARE 1. Termeni și definiții de bază Orice ACS este întotdeauna supus unor perturbații 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 familiarizează cu principiile de bază ale construirii sistemelor de control automat, metode de descriere formalizată

Instrucțiuni metodice pentru lucrul de laborator la cursul „Teoria controlului automat” Modulul „Sisteme automate liniare” Lucrări de laborator Determinarea parametrilor legăturilor dinamice tipice

Robotică RAR1300 Sergei Pavlov TTÜ Virumaa Kolledž Controlul conducerii Controlul mișcării unei mașini sau mecanism de lucru înseamnă controlul poziției, vitezei și accelerației unui sistem care

TAU Exerciții practice Sarcini pentru test și instrucțiuni metodologice pentru implementarea acestuia Lecție practică AFC, LAH, caracteristici tranzitorii și de greutate ale legăturilor dinamice tipice

Curs 6 CIRCUITURI DE CURENTUL PERIODIC NESINUSOID Plan Forma trigonometrică a seriei Fourier Seria Fourier în formă complexă Spectru de frecvență complex 3 Puteri în circuite de curent nesinusoidal Coeficienți,

SEMINAR Concepte de bază. Compilarea (încheierea) ecuației diferențiale. Conceptul de rezolvare a unei ecuații diferențiale. Decuplare prin metoda variabilelor separabile. Rezolvarea unei ecuații diferențiale liniare

BAZELE INGINERIEI DE CIRCUIT BAZELE INGINERIEI DE CIRCUIT ... 1 1. PREVEDERI DE BAZĂ ... 1 2. AMPLIFICAREA SEMNALELOR SLABE ... 6 3. AMPLIFICAREA SEMNALELOR PUTERI ... 14 4. BAZELE MICROCIRCUIŢELOR DE AMPLIFICATOR ... ... 1. Dispoziții de bază

Fundamentele teoriei managementului Ph.D. Mokrova Natalia Vladislavovna Prelegere 7 Sisteme de control automat neliniare Caracteristicile sistemelor neliniare. Neliniarități tipice ale sistemelor de control automat.

Cursul 4 Funcții și caracteristici ale frecvenței 4 Conceptul de funcții și caracteristici ale frecvenței Un rol important în studiul sistemelor liniare staționare îl au caracteristicile frecvenței.

70 Cursul 7 FUNCȚIILE OPERATORULUI ALE CIRCUITULUI Plan Funcțiile de intrare și transfer ale operatorului Polii și zerourile funcțiilor circuitului 3 Concluzii Funcții 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 ordinul zero - AP-0) și un amplificator real (legătură aperiodă de ordinul întâi - AP-1) Scopul lucrării: investigarea

Reglarea si reglarea regulatoarelor automate. 1.Cic special 1.1. Introducere Principalele etape și date în dezvoltarea reglării automate. Până în 1600 Sistem de control flotant

Lucrări de laborator 1 1 CARACTERISTICI DINAMICE ALE LEGĂJURILOR TIPICE 1. Scopul lucrării Să investigheze caracteristicile dinamice ale legăturilor tipice ale sistemelor de control automat (ACS), precum și să se familiarizeze

Ministerul Educației al Republicii Belarus Instituție de învățământ Universitatea de Stat de Informatică și Radioelectronică din Belarus Departamentul de Sisteme de Inginerie Radio Raport privind activitatea de laborator „CERCETARE

1. INFORMAȚII GENERALE DESPRE DISPOZITIVELE ELECTRONICE ANALOGICE (AED). PARAMETRI ȘI CARACTERISTICI DEA 1. 1. Informații generale despre dispozitivele electronice analogice (AED), principiile construcției lor Semnale analogice

Lucrări de laborator 1 1 LEGĂTURILE TIPICE ALE ACS 1. Scopul lucrării Să investigheze caracteristicile dinamice ale legăturilor tipice ale sistemelor de control automat (ACS), precum și să se familiarizeze cu regulile de bază ale structurii

Tema 5 SISTEME LINEARE STATIONARE Proprietăți ale sistemelor liniare staționare: 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 ALGORITMI PENTRU REZOLVAREA PROBLEMEI DE IDENTIFICARE N.V. Plotnikova, N.S. Kalistratova, O. N. Malyavkin Recent, în legătură cu impunerea unor cerințe tot mai mari pentru procesele de management în diverse

Tema 2. Concepte și definiții de bază în teoria și practica reglării automate a parametrilor de susținere a vieții (2 ore) În vederea asigurării funcționării normale a obiectului de reglementare (OR)

54 Cursul 5 Transformata Fourier și metoda spectrală pentru analiza circuitelor electrice Spectre de plan ale funcțiilor aperiodice și transformata Fourier 2 Câteva proprietăți ale transformării Fourier 3 Metoda spectrală

Zaitsev G.F.Teoria controlului și reglementării automate Ediția a doua, revizuită și completată Admis de Ministerul Învățământului Superior și Secundar Specializat 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

Ansamblul operațiilor unitare formează procese tehnologice specifice. În cazul general, procesul tehnologic se implementează prin intermediul operaţiilor tehnologice care se realizează în paralel, secvenţial sau în combinaţie, când începutul operaţiunii ulterioare este deplasat faţă de începutul celei anterioare.

Controlul proceselor este o problemă organizatorică și tehnică și se rezolvă astăzi prin crearea unor sisteme automate sau automate de control al proceselor.

Scopul controlului proces tehnologic poate: stabilizarea unei anumite cantităţi fizice, modificarea ei după un program dat, sau, în cazuri mai complexe, optimizarea unui criteriu de generalizare, cea mai mare productivitate a procesului, cel mai mic cost al produsului etc.

Parametrii tipici ai procesului supuși controlului și reglementării includ debitul, nivelul, presiunea, temperatura și o serie 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 sa dată Y (o) și luați măsuri pentru a reduce sau elimina complet ε (t).

Cel mai simplu exemplu de sistem cu buclă închisă, numit sistem de control al abaterii, este sistemul de stabilizare a nivelului apei din rezervor prezentat în Figura 1. Sistemul este format 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.

Orez. 1. Schema funcțională a sistemului de control automat: 1 - regulator, 2 - traductor de măsurare de nivel, 3 - actuator, 5 - corp de reglare.

Controlul debitului

Sistemele de control al debitului sunt caracterizate prin inerție scăzută și pulsații frecvente ale parametrului.

De obicei, controlul debitului este reglarea debitului unei substanțe folosind o supapă sau o poartă, schimbând presiunea în conductă prin modificarea vitezei de antrenare a pompei sau a gradului de bypass (deviarea unei părți a fluxului prin canale suplimentare).

Principiile de implementare a regulatoarelor de debit pentru medii lichide și gazoase sunt prezentate în Figura 2, a, pentru materiale vrac - în Figura 2, b.

Orez. 2. Scheme de control al debitului: a - medii lichide și gazoase, b - materiale vrac, c - rapoarte de mediu.

În practica automatizării proceselor tehnologice, există cazuri când este necesară stabilizarea raportului debitelor a două sau mai multe medii.

În diagrama prezentată în figura 2, c, debitul către G1 este cel lider, iar debitul G2 = γ G este următorul, unde γ este raportul debitului, care este setat în timpul ajustării statice a regulatorului.

Când debitul principal G1 se modifică, controlerul FF schimbă proporțional debitul slave G2.

Alegerea legii de control depinde de calitatea cerută a stabilizării 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 de ecuația diferențială

D (dl / dt) = G in - G out + G arr,

unde S este aria secțiunii orizontale a recipientului, L este nivelul, Gin, G out este debitul mediului la intrare și ieșire, G arr este cantitatea de mediu care crește sau descrește 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 alimentării cu lichid și ale debitului sunt utilizate pentru a stabiliza parametrul.

Impulsul pentru nivelul lichidului este unul corectiv, exclude acumularea de erori din cauza erorilor inevitabile care apar la modificarea debitului si a alimentului. Alegerea legii de control depinde și de calitatea cerută a stabilizării parametrilor. În acest caz, este posibil să utilizați nu numai controlere proporționale, ci și poziționale.

Orez. 3. Diagrame sisteme 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 cazul general, modificarea presiunii este descrisă de ecuația:

V (dp / dt) = 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. O caracteristică a unui astfel de sistem este inerția semnificativă a obiectului și adesea traductorul de măsurare.

Principiile de implementare a regulatoarelor de temperatură sunt similare cu principiile de implementare a regulatoarelor de nivel (Fig. 2), ținând cont de 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

La reglarea compoziției sau a calității unui produs, este posibilă o situație în care un parametru (de exemplu, umiditatea cerealelor) este măsurat discret. În această situație, pierderea de informații și scăderea acurateței procesului de reglare dinamică sunt inevitabile.

Schema recomandată a unui regulator care stabilizează un parametru intermediar Y (t), a cărui valoare depinde de principalul parametru controlat - indicatorul de calitate a produsului Y (ti), este prezentată în Figura 4.

Orez. 4. Schema 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, folosind un model matematic al relaţiei dintre parametrii Y (t) şi Y (ti), evaluează continuu indicatorul de calitate. Filtrul de extrapolare 3 oferă un parametru de calitate estimat al produsului Y (ti) în intervalele dintre două măsurători.

La mașinile universale, controlul parametrilor procesului tehnologic și al mașinii este efectuat de către operatorul mașinii. De asemenea, ia decizii cu privire la reconstrucția echipamentelor, oprirea echipamentelor, furnizarea lichidului de răcire etc. Se realizează menținerea parametrilor de funcționare ai PMG (modulului de producție flexibil) sau a echipamentelor de linie automată sistem de control(Fig. 12.1), care include mijloace de control și diagnosticare, ceea ce face posibilă, la utilizarea PMG, abandonarea personalului direct implicat în procesul tehnologic. Sistemul de control PMG folosește două surse de informații: un program de monitorizare a abaterilor de la funcționarea normală a PMG și informații provenite de la dispozitivele de diagnosticare, de exemplu, senzori de feedback care măsoară parametrii de mișcare (viteză, coordonate) ai corpurilor de lucru ale PMG. mașină și mecanismele sale auxiliare sau dispozitivele de automatizare.

Orez. 12.1.

Mijloacele suplimentare destinate îndeplinirii funcțiilor unui operator sunt combinate într-un sistem care include dispozitive și instrumente de control și măsurare și diagnosticare (cu senzori pentru determinarea valorii parametrilor monitorizați), dispozitive de colectare și prelucrare inițială a informațiilor și de luare a deciziilor.

În cazul înlocuirii operatorului, sistemul ar trebui: să monitorizeze funcționarea mecanismelor PMG, cursul procesului de lucru, calitatea produsului finit, să identifice abaterile de la normal.

funcționarea PMG, inclusiv a celor care nu au dus încă la eșecuri și eșecuri, dar în viitor pot deveni cauza acestora; remediați defecțiunile și defecțiunile; formează deciziile necesare pentru continuarea automată a PMG după o oprire temporară dintr-un motiv sau altul; dacă este necesar, întrerupeți funcționarea PMG, sunați tehnicianul de service și informați-l despre motivul abaterii de la funcționarea normală.

Sistemul de menținere a operabilității mașinii-unelte este format 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 sculei de tăiere, un subsistem pentru controlul calității, un subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii și un subsistem pentru diagnosticarea mecanismelor.

Dispozitive subsisteme de monitorizare a stării sculei de tăiere poate efectua control periodic sau curent (Fig. 12.2, 12.3). Sculele axiale mici (burghiu, robinet, freze cu un diametru de până la 6-8 mm), precum și alte scule, dacă monitorizarea curentă a stării sale este imposibilă sau impracticabilă, sunt supuse controlului periodic. Pentru a implementa această procedură, trebuie dată o comandă de oprire a mașinii.

Dispozitivul de control poate fi amplasat în zona de lucru a mașinii, pe unitatea care transportă unealta, în magazinul de scule. Metoda de măsurare este de obicei directă, folosind senzori inductivi, electromecanici sau fotoelectrici. În fig. 12.2 prezintă 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 acesteia din urmă, sistemul de control dă comanda de a opri prelucrarea și de a înlocui unealta cu o unealtă alternativă sau chemați un tehnician de service. Ca senzor, poate fi utilizat un senzor de tip BVK sau un senzor Hall, ceea ce îi crește semnificativ durata de viață și fiabilitatea funcționării.

Pentru a monitoriza starea sculă de tăiere pe strung utilizați metoda de măsurare a coordonatelor vârfului tăietorului. După

din următoarea trecere, freza se deplasează în poziția de inspecție, iar dacă nu există un contact electric între vârful tăietorului și placa specială de contact, se dă un semnal de întrerupere a procesului de prelucrare, urmat de o schimbare a sculei sau de apel pentru o tehnician de service.

cap; 3- unealta; 4 - axul mașinii

Orez. 12.2. Schema de control al sculei de tăiere pe o mașină multifuncțională

Orez. 12.3. Amplasarea capului de măsurare pe o mașină polivalentă: 1 - masă; 2- măsurarea

Pentru control scule în magazinul mașinii multifuncționale, Se folosesc camere TV, realizate pe baza de matrice CCD, care, cu o calitate a imaginii satisfăcătoare, 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, se folosesc metode matematice speciale pentru a o restaura. Pentru a identifica o defecțiune, imaginea de referință înregistrată în memoria computerului după instalarea unui nou instrument este comparată cu imaginea aceluiași instrument, dar care 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 instrumentului, camera este întotdeauna în aceeași poziție.

Se efectuează control periodic şi daca este necesara introducerea unei corectii in programul de controlîn cazul înlocuirii unei scule uzate sau sparte cu o rezervă. Pentru aceasta, prin intermediul unui cap de măsurare cu senzor tactil la rotire

mașinile-unelte măsoară proeminența frezelor, pe polivalent (vezi Fig. 12.3) - lungimea și diametrul sculei.

Capul de măsurare ocupă o anumită poziție în zona de lucru a mașinii: pe masa unui polivalent sau pe capul unui strung. Astfel de măsurători fac posibilă „legarea” unealta de sistemul de coordonate al mașinii, obținerea de informații despre prezența unei scule în ax și monitorizarea uzurii și integrității acesteia.

Controlul actual al statului este supus unealtă axială cu un diametru mai mare decât 8... 12 mm,și freze și tăietoare de diverse tipuri. Controlul se efectuează în timpul procesului de tăiere; scopul său este de a preveni situațiile de urgență care decurg dintr-o defecțiune bruscă a instrumentului. Metoda de monitorizare este în principal indirectă (prin cuplu, valoarea curentă a motorului principal de antrenare, sarcină, accelerație etc.).

Deci, atunci când unealta devine tocită, forța de tăiere crește și, în consecință, sarcina (cuplul) asupra motorului și curentul care curge prin înfășurările sale. Sensibilitatea senzorului de cuplu care funcționează conform acestui principiu depinde de tipul motorului, de puterea acestuia și de valoarea raportului de transmisie al lanțului cinematic dintre motor și unitatea de ax. Sarcina în gol trebuie măsurată și memorată înainte de a începe fiecare ciclu de tăiere.

Măsurarea sarcinii axiale pe arborele șurubului mașinii folosind extensometru,șurubul încorporat în suport vă permite să monitorizați uzura sculei, precum și schimbarea modului de funcționare a acesteia în timpul prelucrării unui lot de piese de prelucrat (de exemplu, se înregistrează o modificare de 0,2 ... 0,3 mm pe un strung). Semnalul unui astfel de senzor este practic lipsit de interferențe. Senzorul este cu inerție scăzută, adică poate înregistra sarcini care se schimbă rapid cauzate, de exemplu, de rotirea neuniformă a șurubului de plumb într-o singură rotație.

Pentru a măsura sarcina suferită de turnulețe, cutii de arbore și ansambluri de arbore, sunt încorporate în ele extensometre realizate sub formă de rulmenți. Rotirea fiecărei bile de rulment sub o sarcină corespunzătoare provoacă deformarea locală a inelului exterior, care este percepută de extensometrele situate într-o canelură de pe suprafața exterioară a inelului. Când procesați semnalul de ieșire al codificatorului, luați în considerare ondulația acestuia, a cărei frecvență este direct legată de viteza axului.

Pentru a măsura sarcina care acționează asupra diferitelor noduri, este utilizat pe scară largă senzori piezoelectrici deasupra capului(fig.12.4). Sensibilitatea lor este mai mare decât cea a termistorilor, iar lățimea de bandă vă permite să captați modificări destul de rapide ale sarcinii care acționează asupra unealtă.

Soluțiile de proiectare implementate la utilizarea unor astfel de senzori sunt diferite. De exemplu, acestea sunt încorporate într-o placă plasată

Orez. 12.4. Senzori piezo pentru măsurarea forței de tăiere: A

conceptul de măsurare; b - implementarea sa constructivă; (1 - element elastic; 2 - senzor piezoelectric; 3 - piesa mașină; 4 - suprafețe de contact, / - baza de măsurare a senzorului; R,- forta de tractiune-compresiune;

R, - forța de strângere

sub capul turelei unui strung. Pentru a crea

preîncărcarea senzorului piezoelectric ar trebui să iasă deasupra suprafeței cu 10 ... 15 microni.

Uzura sculei poate fi determinată de mărimea accelerației undei elastice, care

se extinde de la zona de tăiere până la locul de instalare a senzorului

(1accelerometru) fixare

emisie vibroacustică. Dacă unealta se rotește, traductorul

așezat pe masa mașinii; dacă

unealta este staționară, iar piesa de prelucrat se rotește - pe suportul sculei sau pe corpul turelei. Atunci când utilizați astfel de senzori, este necesar pentru instrumente

de fiecare tip, predeterminați domeniul de frecvență, în

care în cea mai mare măsură este relaţia dintre parametri

emisie vibroacustică cu uzura sau spargerea instrumentului. Numărul de îmbinări dintre piesa de prelucrat (sau unealtă) și senzor trebuie redus la minimum posibil, deoarece acestea au un efect de deformare (slăbește vibrațiile), ceea ce îngreunează măsurătorile.

Se măsoară timpul de funcționare al instrumentului temporizator, plonjare și reducere a timpului - senzor de forță sau accelerare(se înregistrează momentele începutului și sfârșitului procesului de tăiere), mărimea componentelor forțelor de tăiere - senzori de presiuneîn lagăre hidrostatice de arbore sau senzori magnetoelastici, măsurarea cuplului de tăiere, EMF - milivoltmetru, rezistența electrică a contactului dintre piesa de prelucrat și unealtă - ohmmetru.

Trebuie avut în vedere faptul că fiabilitatea controlului automat al stării sculei de tăiere este relativ scăzută. Motivele pot fi microfisuri în piesa de tăiere, neomogenitatea și fluctuațiile locale ale durității atât a materialului prelucrat, cât și a materialului sculei și alți factori care nu pot fi determinați prin mijloace automate. De aceea este recomandat control dublu resursă de durabilitate a sculei pentru înlocuirea ei la timp și starea reală a sculei conform unuia dintre parametrii indirecti (control curent).

În proiectarea echipamentelor, senzorii utilizați pentru a controla unealta nu sunt proiectați. Proiectantul alege un senzor produs în serie sau comandă un senzor special, ale cărui caracteristici corespund sarcinii în cauză și îl construiește în zona adecvată a mașinii.

În literatură sunt descrise diverse dispozitive utilizate în subsistemul de monitorizare a stării sculelor de tăiere. Un astfel de dispozitiv este sistemul Monitor utilizat în PMG. Sistem de monitorizare cu indicator de contact (vezi Fig. 12.5) se bazează pe informații provenite de la antrenarea de avans a mașinii și senzori care înregistrează mișcarea mesei și a ansamblului ax. În Monitor sunt introduse trei matrice de date: 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 constante despre caracteristicile instrumentelor specifice; 3) un program de control întocmit pentru fiecare piesă de prelucrat. Datele sunt introduse cu ajutorul tastaturii; un ecran de afișare sau un afișaj digital este utilizat pentru a afișa informații.

Orez. 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 - calculator principal de control; 7 -

tejghea; 8 - rigle de impuls

LA dispozitivele subsistemului 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 în serie.

Daca este necesar control automat dimensiuni, forme și precizia setarii piesei de prelucrat si (sau) piesei prelucrate pe diferite

Orez. 12.6. Scheme de control tipice pentru acuratețea procesării atunci când se utilizează PAK (o) și auto-ajustarea ( 6)

etapele de prelucrare folosesc PAK, care poate fi situat atât în ​​zona de lucru a mașinii (Fig.12.6, A),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 conform unui program dat, al doilea este folosit pentru a regla nivelul de setare. Operatorul participă, de asemenea, la gestionarea procesului de prelucrare, sarcina lui este de a regla nivelul de setare a mașinilor și comenzilor active. În al doilea flux de informații, există două bucle de control: bucla / se referă la sistemul de control automat prin intermediul PAC sau a unui instrument de reglare automată (Fig.

12.6, b), contur II- la sistemul de corectare manuala a procesului de prelucrare folosind o masurare conventionala

dispozitiv. Diagramele sunt denumite convențional: TO - funcționare tehnologică; IO - organul executiv al mașinii; MP - mecanismul de reglare a mașinii; A

• - auto-reglator; E - standard; IP - aparat de masura; op
• - operator.

pentru rugozitatea prelucrată

Pentru control dimensional piesele și (sau) piesele (și în unele cazuri pentru suprafața de control) de pe mașinile CNC și PMG sunt capete de măsurare (IG) (uneori

numite indicatori de contact). IG (Fig.12.7), constând dintr-o sondă completă cu o unitate electronică și un dispozitiv de transmitere a semnalului fără fir (de obicei pe raze infraroșii), este amplasat în depozitul de scule, de unde manipulatorul îl deplasează spre ax (la găurire-frezare). -masini de alezat) sau cap rotativ (pe strunguri).

Orez. 12.7. Cap de măsurare: 1- vârf de sondă; 2 - sonda; 3 -

mecanism de transmisie; 4 - mecanism de echilibrare a sondei; 5 - contact electric; 6 - block-shaper al semnalului tactil; 7 - semnal transmis către unitatea electronică sau către emițător

Cu mișcarea relativă a vârfului stiloului și a suprafeței de testare, acestea se ating. Stilul se abate de la poziția inițială,

contactul electric din interiorul IG se deschide, iar semnalul tactil este generat

un circuit special, trece prin unitatea electronică la unitatea CNC, unde datele obținute sunt comparate cu valorile specificate ale parametrului corespunzător.

IG similare sunt folosite pentru a controla adaosurile și baza piesei de prelucrat, pentru controlul intermediar al pieselor de prelucrat pe mașină în timpul prelucrării și controlul final al piesei prelucrate pe mașină. În acest caz, pentru a determina distanța dintre cele două plane, se măsoară coordonatele a trei puncte de 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 angajate în dezvoltarea lor. Proiectantul-dezvoltatorul de echipamente construiește în echipament un dispozitiv produs în serie sau special. Totuși, el trebuie să se ocupe de dezvoltarea algoritmilor pentru funcționarea în comun a mașinii și a dispozitivului de control (măsurare, calcule, recomandări de decizie).

Stabilitatea procesului de prelucrare pe mașini-unelte moderne cu control program permite să nu se monteze dispozitive de măsurare, ci să se utilizeze mașina de măsurat în coordonate (CMM) instalată în atelier pentru controlul periodic al calității prelucrării. În acest caz, operatorul mașinii sau montatorul instalează piesa prelucrată pe CMM, măsoară parametrii controlați și, în funcție de rezultatele obținute, direcționează piesa pentru o prelucrare suplimentară sau o operațiune tehnologică ulterioară și, dacă este necesar, realizează mașina. reajustare.

Subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii(Fig. 12.8) include o serie de dispozitive de măsurare care înregistrează abaterile de la normă (de exemplu, supraîncălzirea mișcării unității principale este detectată de un senzor termic). La ieșirea acestor dispozitive,

Orez. 12.8. Structura subsistemului de monitorizare a funcționării mecanismelor; IU, IU 2 ... IU „- aparate de măsură; D -senzor; POS - procesarea semnalului primar; USO-dispozitiv pentru colectarea și prelucrarea informațiilor; UPR - dispozitiv decizional; URR-dispozitiv pentru implementarea soluțiilor

semnale normalizate care intră în dispozitiv pentru colectarea și prelucrarea informațiilor, de unde sunt transmise dispozitivului pentru luarea deciziilor. Aici, ținând cont de informații suplimentare, se ia o anumită decizie, care este implementată în viitor sub forma comenzilor corespunzătoare.

În ceea ce privește structura lor, dispozitivele cu microprocesor sunt identice cu unitățile CNC moderne și diferă de acestea doar prin compoziția modulelor pentru comunicarea cu un dispozitiv extern, în prezența senzorilor de feedback și a dispozitivelor de măsurare.

Subsistem pentru diagnosticarea stării mecanismelor trebuie să asigure funcționarea mașinii cu implicarea minimă a operatorului. Există dispozitive pentru diagnosticarea acționărilor hidraulice ale mașinilor-unelte, rulmenților, cutiilor de viteze, cutiilor de alimentare și altor dispozitive similare.

Controlul și compensarea unităților de deformare tipice ale mașinii-unelte permit asigurarea preciziei prelucrării în timpul funcționării pe termen lung. Deci, din cauza încălzirii, ansamblul axului este deplasat, ceea ce duce la o scădere a preciziei prelucrării. Compensarea în acest caz se bazează pe măsurarea periodică a deplasărilor reale ale detaliilor ansamblului în spațiu. Cu ajutorul IG-ului instalat pe axul mașinii se măsoară poziția suprafeței de referință pe masa acesteia, sau cu ajutorul IG-ului instalat pe masa mașinii pentru controlul sculei, poziția dornului de referință în se măsoară fusul. Diferența dintre rezultatele măsurătorilor succesive determină deplasarea axului pe perioada corespunzătoare de timp. Introducerea acestei valori în memoria CNC vă permite să corectați mișcările specificate în programul de control și, prin urmare, să compensați efectul deformațiilor 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 folosite ca astfel de dispozitive.

Concepte de bază și definiții ............................................................. .................................................. ..... 4

1. Diagrame structurale ale obiectului reglementării ......................................... ... ................................. 13

2. Secvența de selecție a sistemului de automatizare ................................................ .... ............... 15

3. Reglarea parametrilor tehnologici principali .......................................... .. ........... 17

3.1. Controlul debitului, raportul debitului ............................................... .............. 17

3.2. Controlul nivelului ............................................................. .................................................. ..... 19

3.3. Reglarea presiunii ............................................................. .................................................. .21

3.4. Controlul temperaturii ................................................ ............................................. 22

3.5. Reglarea PH ............................................................. .................................................. ........... 24

3.6. Reglementarea parametrilor de compoziție și de 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 epurării sistemelor eterogene ...................................................... 31

5. Automatizarea proceselor termice ............................................. ............................................. 32

5.1. Reglarea schimbătoarelor de căldură de amestec ............................................. .. ................... 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. Procesul de uscare într-un uscător cu tambur ............................................. ............................. 66

6.6.2. Automatizarea uscătoarelor cu pat fluidizat ............................................. ................ 69

7. Automatizarea proceselor din reactor ............................................. ................................................. 71

Reglarea reactoarelor de proces .................................................. ................................. 71

Întrebări de control pentru disciplina în vederea pregătirii pentru examen ........................................ .. .. 74

Literatură................................................. .................................................. ....................................... 76

Concepte de bază și definiții

Automatizarea este o disciplină tehnică care se ocupă cu studiul, dezvoltarea și crearea dispozitivelor și mecanismelor automate (adică funcționează fără intervenția umană directă).

Automatizarea este o etapă a producției de mașini caracterizată prin transferul funcțiilor de control de la oameni la dispozitive automate (enciclopedie tehnică).

TOU- obiect tehnologic de control - ansamblu 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 diverse sfere ale activității umane.

Dezvoltarea tehnologiei chimice și a altor industrii dominate de procese tehnologice continue (petrochimice, rafinarea petrolului, metalurgică etc.) au necesitat crearea unor sisteme de control mai avansate decât sistemele de control automatizate locale. Aceste sisteme fundamental noi se numesc sisteme automate de control al proceselor - APCS.

Crearea unui sistem automat de control al procesului a devenit posibilă datorită creării calculatoarelor din a doua și a treia generație, o creștere a resurselor lor de calcul și a fiabilității.

APCS- apelează ACS pentru dezvoltarea și implementarea acțiunilor de control asupra TOU în conformitate cu criteriul de control acceptat - un indicator care caracterizează calitatea operațiunii TOU și luând anumite valori în funcție de acțiunile de control utilizate.

ATK- un set de TOU și APCS care funcționează în comun formează un complex tehnologic automatizat.

APCS diferă de ACS local:

O mai bună organizare a fluxurilor de informații;

Automatizarea aproape completă a proceselor de primire, prelucrare și prezentare a informațiilor;

Oportunitate pentru un dialog activ între personalul de exploatare și UVM în procesul de management în vederea dezvoltării celor mai eficiente soluții;

Un grad mai ridicat de automatizare a funcțiilor de control, inclusiv pornirea și oprirea producției.

Sistemul de control automat al proceselor diferă de sistemele de control pentru producția automată, cum ar fi atelierele și fabricile automate (cel mai înalt nivel de automatizare) într-un grad semnificativ de participare umană la procesele de control.

Tranziția de la un sistem automat de control al procesului la producția complet automată este restrânsă de:

Imperfecțiunea proceselor tehnologice (prezența operațiunilor tehnologice nemecanizate;

Fiabilitatea scăzută a echipamentelor tehnologice; fiabilitatea insuficientă a echipamentelor de automatizare și de calcul;

Dificultăți în descrierea matematică a sarcinilor rezolvate de o persoană într-un sistem automat de control al procesului etc.) Scopul global al managementului

TOC cu ajutorul APCS constă în menținerea valorii extreme a criteriului de control atunci când toate condițiile care determină

Orez. 1. Structura funcțională tipică a APCS.

1 - prelucrarea informaţiei primare (I); 2 - detectarea abaterilor parametrilor tehnologici și a indicatorilor de stare a echipamentului de la valorile setate (I); 3 - calculul cantităților nemăsurabile și al indicatorilor (I); 4 - pregatirea informatiilor si implementarea procedurilor de schimb cu ACS adiacente si alte (I); 5 - afișarea promptă și (sau) la gardă și înregistrarea informațiilor; 6 - determinarea modului raţional al procesului tehnologic (U); 7 - formarea acțiunilor de control care implementează modul selectat.

set de valori admisibile ale acțiunilor de control.

În cele mai multe cazuri, un obiectiv global este împărțit într-un număr de sub-obiective; pentru a realiza fiecare dintre ele este necesară o soluție a unei probleme de control mai simple.

Funcția APCS se numește acțiunile sistemului care vizează atingerea unuia dintre obiectivele specifice de management.

Scopurile managementului privat, precum și funcțiile care le implementează, se află într-o anumită subordonare, formând structura funcțională a APCS.

Funcțiile APCS:

1. Informații - colectarea, transformarea și stocarea informațiilor despre starea TOU; prezentarea acestor informații către personalul operațional sau transferul acestora în vederea prelucrării ulterioare.

2. Prelucrarea primară a informațiilor despre starea actuală a TOU.

3. Detectarea abaterilor parametrilor tehnologici si a indicatorilor de stare a echipamentelor de la valorile setate.

4. Calculul valorilor cantităților nemăsurabile și indicatorilor (măsurători indirecte, calcul TPE, prognoză);

5. Afișare operațională și înregistrare a informațiilor.

6. Schimb de informații cu personalul operațional.

7. Schimb de informații cu ACS adiacent și superior. Funcțiile de control oferă

mențin valorile extreme ale criteriului de control într-o situație de producție în schimbare, acestea sunt împărțite în două grupe:

în primul rând - determinarea acțiunilor optime de control;

al doilea este implementarea acestui mod prin formarea de acțiuni de control pe TOU (stabilizare, control program; control program-logic).

Funcții secundare

oferă o soluție la problemele intrasistemului.

Pentru a implementa funcțiile unui sistem automat de control al procesului, aveți nevoie de:

Suport tehnic;

Software;

informativ;

organizatoric;

Personal operațional.

Orez. 2. Structura tehnică a CCC ACS TP pentru lucrul în regim de supraveghere.

Structura tehnică a CCS APCS în modul de control digital direct:

AI este o sursă de informații; USO - dispozitiv de comunicare cu obiectul; VK - complex de calculatoare; USOP - dispozitiv de comunicare cu personalul operațional; OP - personal operațional; TCA - mijloace tehnice de automatizare pentru implementarea funcţiilor sistemelor locale; IU - dispozitive executive.

Suportul tehnic al APCS este un set de mijloace tehnice (CTS),

Mijloace de obținere a informațiilor despre starea actuală a TOU;

UVK (complex de calcul controlat);

Mijloace tehnice pentru implementarea funcțiilor sistemelor locale de automatizare;

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 informatic propriu-zis (VC), dispozitivele de comunicare VC cu obiectul (USO) și cu personalul operațional.

Primul și încă răspândit tip de structuri tehnice ale sistemului automat de control al proceselor este cel centralizat. În sistemele cu structură centralizată, toate informațiile necesare controlului ATC merg 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 mari ale cablurilor.

Astfel de sisteme sunt recomandate pentru ATC relativ mic și compact.

În legătură cu introducerea tehnologiei microprocesoarelor, structura tehnică distribuită a APCS devine din ce în ce mai răspândită, i.e. împărțit într-un număr de subsisteme autonome - stații locale de control tehnologic, distribuite geografic pe secțiuni tehnologice de control. Fiecare subsistem local reprezintă același tip de

structură centralizată completă, al cărei nucleu este micro-calculatorul de control.

Subsisteme locale prin

OP

Orez. 3. Structura tehnică a CTS ACS TP pentru funcționarea în modul de control digital direct.

micro-calculatoarele lor sunt unite într-un singur sistem printr-o rețea de transmisie a datelor.

Numărul de terminale pentru personalul de operare necesare pentru controlul ATK este conectat la rețea.

Software-ul APCS conectează toate elementele structurii tehnice distribuite într-un singur întreg, care are o serie de avantaje:

Capacitatea de a obține indicatori de înaltă fiabilitate datorită împărțirii APCS într-o familie de subsisteme autonome relativ mici și mai puțin complexe și redundanță suplimentară a fiecăruia dintre aceste subsisteme prin intermediul rețelei;

Utilizarea unor mijloace mai fiabile de calcul microelectronic;

O mare flexibilitate in compunerea si modernizarea hardware-ului si software-ului etc.

Majoritatea funcțiilor APCS sunt implementate în software, prin urmare cea mai importantă componentă a APCS este software-ul său (SW), adică. un set de programe care asigură implementarea funcţiilor sistemului automat de control al procesului.

Software-ul APCS este împărțit în:

Special.

Software-ul general este furnizat complet cu facilități de calculator. Software-ul special este dezvoltat la crearea unui anumit APCS și include software

grame care implementează funcțiile sale de informare și control.

Software-ul este creat pe baza unui software matematic (MO). MO este un set de metode, modele și algoritmi matematici pentru rezolvarea problemelor și procesarea informațiilor folosind tehnologia computerizată.

Pentru implementarea funcțiilor de informare și control ale APCS, este creat un MO special, care include:

Algoritm de colectare, prelucrare și prezentare a informațiilor;

Algoritmi de control cu ​​modele matematice ale obiectelor de control corespunzătoare;

Algoritmi locali de automatizare.

Toate interacțiunile atât în ​​cadrul APCS, cât și cu mediul extern reprezintă diverse forme de schimb de informații, sunt necesare date și documente care să asigure îndeplinirea tuturor funcțiilor acestuia în timpul funcționării APCS.

Regulile de schimb de informații și informațiile în sine care circulă în APCS formează suportul informațional al APCS.

Suportul organizatoric al APCS este un set de descrieri ale structurilor funcționale, tehnice și organizatorice ale sistemului, instrucțiuni și reglementări pentru personalul de exploatare, asigurând funcționarea specificată a APCS.

Personalul de exploatare al sistemului automat de control al proceselor este format din tehnologi-operatori care gestionează TOU, personal de exploatare care asigură funcționarea sistemului automat de control al proceselor (operatori de calculatoare, programatori, personal pentru deservirea echipamentelor CTS).

Personalul operator al sistemului automat de control al proceselor 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 de exploatare lucrează în afara buclei de control, va seta APCS-ul în modul de funcționare și va exercita controlul asupra respectării acestuia. În acest caz, în funcție de compoziția CTS, APCS poate funcționa în două moduri:

Combinat (supervizor);

În modul de control digital direct, în care UVK afectează direct actuatoarele, modificând acțiunile de control asupra TOU.

Crearea unui sistem automat de control al procesului include cinci etape:

1. termeni de referință (TOR);

2. proiectare tehnică (TP);

3. proiect de lucru (WP);

4. implementarea sistemului automat de control al proceselor;

5. analiza funcționării acestuia.

La etapa TK, etapa principală este munca de cercetare pre-proiectare(C&D), de obicei realizat de o organizație de cercetare în colaborare cu o întreprindere client. Sarcina principală a lucrărilor de cercetare pre-proiectare este studierea procesului tehnologic ca obiect de control. Totodată, se determină scopul și criteriile calității funcționării TOU, indicatorii tehnici și economici ai obiectului prototip, relația acestora cu indicatorii tehnologici; structura TOU, adică acțiunile de intrare (inclusiv influențe perturbatoare controlate și necontrolate și acțiuni de control), coordonatele de ieșire și conexiunile dintre ele; structura modelelor matematice de statică și dinamică, valorile parametrilor și stabilitatea acestora (gradul de staționaritate al TOU); caracteristicile statistice ale influenţelor perturbatoare.

Sarcina cea mai consumatoare de timp în stadiul lucrărilor de cercetare pre-proiectare este construirea de modele matematice ale TOU, care sunt ulterior utilizate în sinteza sistemelor de control al procesului. La sintetizarea ACS locală, modelele liniarizate ale dinamicii sunt de obicei utilizate sub formă de ecuații diferențiale liniare de ordinul 1 - 2 cu întârziere, care sunt obținute prin procesarea funcțiilor tranzitorii experimentale sau calculate de-a lungul diferitelor canale de acțiune. Pentru rezolvarea problemelor de control optim al modurilor statice se folosesc relaţiile finale obţinute din ecuaţiile bilanţului material şi energetic al TOU, sau ecuaţia de regresie. In problemele de control optim al modurilor dinamice se folosesc ecuatii diferentiale neliniare obtinute din ecuatiile bilantului material si energetic scrise sub forma diferentiala.

La efectuarea cercetărilor de pre-proiectare se folosesc metode de analiză a sistemelor automate de control, studiate la disciplina „Teoria controlului automat”, și metode de construire a modelelor matematice, care sunt prezentate la cursul „Modelarea pe calculator a obiectelor și controlului”. sisteme”.

Rezultatele obținute în etapa lucrărilor de cercetare de pre-proiectare sunt utilizate la etapa proiectarea preliminară a sistemului automat de control al procesului, pe parcursul căreia se execută următoarele lucrări:

Alegerea criteriului și formularea matematică a problemei de control optim pentru TOC, descompunerea acestuia (dacă este necesar) și alegerea metodelor de rezolvare a problemelor globale și locale de control optim, pe baza cărora se realizează ulterior algoritmul de control optim. construit;

Dezvoltarea structurii funcționale și algoritmice a APCS;

Determinarea cantității de informații despre starea resurselor TOU și VC (viteză, capacitate de stocare) necesare implementării tuturor funcțiilor APCS;

Preselecția KTS, în primul rând UVK;

Calculul preliminar al eficienței tehnico-economice a APCS. Locul central între lucrările acestei etape îl ocupă formularea matematică a problemei.

chi al controlului optim al TOU.

Restul sarcinilor acestei etape (cu excepția calculului eficienței tehnice și economice) se referă la sinteza sistemică a APCS, în implementarea căreia metoda analogiilor este utilizată pe scară largă. Experiența acumulată în dezvoltarea APCS pentru TOU-uri de diferite grade de complexitate ne permite să transferăm dezvoltarea unui număr de funcții și algoritmi din categoria lucrărilor științifice în 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 în mod programatic (semnalizare, blocare de urgență, control cu ​​utilizarea legilor model conform NCU etc.).

Etapa finală a proiectării preliminare a APCS este calculul preliminar al randamentului tehnic si economic sistemul în curs de dezvoltare. Este realizat de specialiști în economie, dar datele inițiale pentru aceștia trebuie pregătite de specialiști în automatizare, prin urmare, vom lua în considerare câteva puncte cheie.

Principalul indicator al eficienței economice a APCS este efectul economic anual al implementării acestuia, care se calculează prin formula

NS= (CU 2 - S 2) - (C 1 - S 1) - En(K 2 - K 1) ,

Unde C1și C2- vânzări anuale de produse la prețuri cu ridicata înainte și după implementarea sistemului automat de control al procesului, mii de ruble; S1și S2- costul de producție înainte și după implementarea sistemului, mii de ruble; K1și K2- cheltuieli de capital pentru ATK înainte și după punerea în funcțiune a sistemului automat de control al procesului, mii de ruble; En Este coeficientul standard al industriei de eficiență a investițiilor de capital în automatizări 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 unitatea de producție datorită menținerii mai exacte a regimului tehnologic optim, crescând

calitatea produsului (clasa si, in consecinta, pretul), o crestere a productivitatii echipamentelor prin reducerea pierderii timpului de lucru din cauza opririlor neplanificate ale procesului cauzate de erori de management etc., utilizate datorita utilizarii 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 exploatare din cauza detectării intempestive a situațiilor de pre-urgență, atunci utilizarea unui sistem automat 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 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 mai bine dezvoltată, cu atât mai puține rezerve, de regulă.

Cu toate acestea, nu toate rezervele identificate (potenţiale) de eficienţă economică pot fi utilizate după implementarea APCS. Eficiența reală se dovedește a fi mai mică decât potențial datorită imperfecțiunii APCS, care se manifestă, în special, prin adecvarea incompletă a modelului matematic al TOC, conform căruia se calculează modul optim, în erorile din măsurarea coordonatelor de ieșire ale obiectului, care afectează, de asemenea, acuratețea determinării modului optim, în defecțiunile elementelor hardware și software, datorită cărora scade calitatea performanței funcțiilor individuale și a APCS în ansamblu etc. Efectul real variază de obicei între 25 și 75% din potențial și, de regulă, cu cât efectul potențial este mai mare, cu atât este mai puțin realizat. Principalul indicator al eficienței tehnice și economice a APCS este perioada de rambursare a sistemului, care este determinată de formula

= K 2 - K 1 .

(C 2 - S 2) - (C 1 - S 1)

Nu ar trebui să fie mai mult decât normativul, care pentru industria chimică este 3

Etapa finală a primei etape de creare a unui sistem automat de control al procesului este dezvoltarea specificațiilor tehnice pentru proiectarea sistemului, care ar trebui să includă o listă completă de funcții, un studiu de fezabilitate al fezabilității dezvoltării unui sistem automat de control al procesului, o listă și domeniul de cercetare și dezvoltare și un program pentru crearea sistemului.

Când se dezvoltă APCS atipice, prima etapă reprezintă aproximativ 25% din intensitatea totală a muncii, inclusiv 15% pentru cercetarea și dezvoltarea pre-proiectare. La replicarea unui sistem automat de control al procesului, prima etapă poate fi exclusă sau redusă semnificativ.

Următoarea etapă în crearea unui APCS atipic este dezvoltarea proiect tehnic, in cursul carora se realizeaza principalele solutii tehnice care implementeaza cerintele

specificatii tehnice. Lucrarea în această etapă este efectuată de o organizație de cercetare și proiectare.

Conținutul principal al cercetării și dezvoltării este dezvoltarea și aprofundarea cercetării și dezvoltării pre-proiectare, în special, perfecționarea modelelor matematice și formulărilor de probleme de control optim, verificarea prin simulare pe computer a operabilității și eficienței algoritmilor selectați pentru implementarea celor mai importante informații. și funcțiile de control ale sistemului de control al procesului. Sunt specificate structurile funcționale și algoritmice ale sistemului, se elaborează legături de informații între funcții și algoritmi și se dezvoltă structura organizatorică a APCS.

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 pre-proiectare și s-a ridicat la 15% din totalul forței de muncă pentru crearea unui sistem automat de control al procesului.

În etapa TP, se selectează în cele din urmă compoziția CTS și se efectuează calcule pentru a evalua fiabilitatea implementării celor mai importante funcții ale APCS și a sistemului în ansamblu. Costul total al forței de muncă pentru proiectare este de aproximativ 30% din costul creării unui sistem automat de control al procesului.

În etapa de implementare a sistemului automat de control al procesului, se efectuează lucrări de instalare și punere în funcțiune, succesiunea și conținutul cărora sunt studiate în cursul corespunzător. Costurile cu forța de muncă în această etapă reprezintă aproximativ 30% din costurile totale ale sistemului.

Atunci când se dezvoltă prototipuri de APCS, care urmează să fie replicate în continuare pe același tip de TOU, este important să se analizeze funcționarea sistemului, timp în care se verifică eficacitatea deciziilor luate în timpul creării acestuia și eficiența tehnică și economică reală a se determină APCS.

Orice producție chimică este o succesiune de trei operații principale

1. pregătirea materiilor prime;

2. transformarea chimică propriu-zisă;

3. alocarea produselor tinta.

Această secvență de operații este inclusă într-un singur sistem tehnologic chimic complex (CTS).

O întreprindere chimică modernă, o fabrică sau o combină ca sistem la scară largă constă dintr-un număr mare de subsisteme interconectate, între care există relații de subordonare sub forma ierarhic structuri 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 acționând ca un întreg pentru a obține un anumit produs sau produs intermediar.

Diagrame structurale ale obiectului reglementat

⎧

xv(u)⎨

xv(z)

Una dintre etapele de proiectare a sistemelor de control pentru tehnologic

⎫ procese - alegerea structurii

⎪

contoare de regulatoare. Și structura sistemului

Orez. 1.1. Schema structurală a obiectului reglementării.

al-lea proces ca obiect de reglementare.

temele și parametrii regulatorilor sunt determinați de proprietățile tehnologice

Orice proces tehnologic ca obiect de reglare (Fig. 1.1) se caracterizează prin următoarele grupe principale de variabile:

1. Variabile care caracterizează starea procesului (colectarea lor va fi notată prin vector 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 folosind modelul obiect din alte variabile măsurate direct. Vector y adesea denumit un vector de cantități controlate.

2. Variabile, prin modificarea cărora sistemul de control poate afecta obiectul în scopul controlului. Totalitatea acestor variabile se notează prin vector xp(sau u) influenţe de reglementare. De obicei, influențele reglatoare 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 însuși etc. Ele se numesc influențe perturbatoare și sunt notate prin vector. xv sau z... Vectorul influențelor perturbatoare, la rândul său, poate fi împărțit în două componente - prima poate fi măsurată, iar a doua nu. Capacitatea de a măsura efectul perturbator permite introducerea unui semnal suplimentar în sistemul de control, ceea ce îmbunătățește capacitățile sistemului de control.

De exemplu, pentru un reactor chimic izoterm continuu, variabilele controlate sunt temperatura amestecului de reacție, compoziția curentului la ieșirea din aparat; acțiunile de control pot fi o modificare a debitului de abur în mantaua reactorului, o modificare a debitului catalizatorului și a debitului amestecului de reacție; efectele perturbatoare sunt modificări în compoziția materiilor prime, presiunea aburului de încălzire, iar dacă presiunea

Deoarece aburul de încălzire este ușor de măsurat, compoziția materiei prime în multe cazuri poate fi măsurată cu o precizie scăzută sau nu suficient de rapid.

Analiza procesului tehnologic ca obiect al controlului automat presupune aprecierea proprietăților sale statice și dinamice pentru fiecare dintre canale de la orice posibilă acțiune de control până la orice posibil parametru reglabil, precum și evaluarea caracteristicilor similare prin intermediul canalelor de comunicație controlate. variabile cu componentele vectorului de perturbaţii. În cursul unei astfel de analize, este necesar să se selecteze structura sistemului de reglementare, adică să se decidă cu ajutorul cărei influențe de reglementare ar trebui controlat unul sau altul parametru de stat. Ca rezultat, în multe cazuri (nici deloc întotdeauna) este posibil să se evidențieze buclele de control pentru fiecare dintre mărimile reglate, adică să se obțină un set de sisteme de control cu ​​o singură buclă.

Un element important al sintezei ACP a procesului tehnologic este calculul unui sistem de control cu ​​o 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 (legi tipice de control): controler proporțional (P) (R (p) = -S1); controler integral (I) (R (p) = -S0 / p); legea de control proporțional-integrală (PI) (R (p) = -S1 - S0 / p) și, în final, legea proporțional-integrală-derivată (PID) (R (p) = -S1 - S0 / p - S2 ). La calculul sistemului se verifică posibilitatea utilizării celei mai simple legi de reglementare, de fiecare dată evaluându-se calitatea reglementării, iar dacă aceasta nu îndeplinește cerințele, se trece la legi mai complexe sau folosesc așa-numitele metode circuit de îmbunătățire a calității.

În teoria controlului automat, s-au dezvoltat diverse metode de calculare a ACP pentru anumite criterii de calitate, precum și metode de evaluare a calității proceselor tranzitorii pentru parametrii dați ai instalației și controlorului. În același timp, alături de metode precise 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 regulatoarelor; formule aproximative pentru evaluarea criteriului pătratic integral etc.).

 

Ar putea fi util să citiți:

• Cum vând escrocii iPhone-uri false sub pretextul unor iPhone-uri reale Au trimis un fals ce să facă;
• Șoferii sunt clasificați ca lucrători;
• Sirop pentru întărirea sistemului imunitar (într-un borcan sub formă de urs);
• Ești o persoană care își dorește să obțină mai mult decât alții;
• Cum se organizează un eveniment;
• Când reducerile încep în primăvară;
• Revista Telesem: căsătoria este insuportabilă;
• Când este ziua unui lucrător de cadre în Rusia Ziua lucrătorilor de cadre;