وزارة التعليم المهني

جامعة تومسك للفنون التطبيقية

Skorospeshkin M.V.

أساسيات أتمتة عمليات الإنتاج

ملاحظات المحاضرة

الجزء 1. نظرية التحكم الآلي (TAU)

1. المصطلحات والتعريفات الأساسية لـ TAU.

1.1 مفاهيم أساسية.

تتميز أنظمة التحكم في العمليات التكنولوجية الحديثة بعدد كبير من المعلمات التكنولوجية ، والتي يمكن أن يصل عددها إلى عدة آلاف. للحفاظ على وضع التشغيل المطلوب ، وفي النهاية - جودة المنتجات ، يجب الحفاظ على كل هذه القيم ثابتة أو تغييرها وفقًا لقانون معين.

تسمى الكميات الفيزيائية التي تحدد مسار العملية التكنولوجية عوامل المعالجة ... على سبيل المثال ، يمكن أن تكون معلمات العملية التكنولوجية: درجة الحرارة ، والضغط ، ومعدل التدفق ، والجهد ، إلخ.

يتم استدعاء معلمة العملية التكنولوجية ، التي يجب أن تظل ثابتة أو تتغير وفقًا لقانون معين قيمة قابلة للتعديلأو معلمة قابلة للتعديل .

يتم استدعاء قيمة المتغير الخاضع للرقابة في اللحظة المدروسة من الوقت قيمة لحظية .

تسمى قيمة المتغير الخاضع للرقابة التي تم الحصول عليها في الوقت المحدد على أساس بيانات جهاز قياس معين لها القيمة المقاسة .

مثال 1.مخطط التنظيم اليدوي لدرجة حرارة خزانة التجفيف.

من الضروري الحفاظ يدويًا على درجة الحرارة في خزانة التجفيف عند مستوى ظهر T.

يقوم المشغل البشري ، اعتمادًا على قراءات مقياس الحرارة الزئبقي RT ، بتشغيل أو إيقاف عنصر التسخين H باستخدام المفتاح P. 

بناءً على هذا المثال ، يمكنك إدخال تعريفات:

كائن التحكم (هدف التنظيم ، OU) - جهاز ، يجب دعم وضع التشغيل المطلوب منه من الخارج من خلال إجراءات تحكم منظمة بشكل خاص.

مراقبة - تشكيل إجراءات التحكم التي تضمن وضع التشغيل المطلوب لنظام التشغيل.

اللائحة - نوع معين من التحكم ، عندما تكون المهمة هي التأكد من ثبات أي قيمة ناتجة لـ OA.

تحكم تلقائى - تنفيذ الإدارة دون مشاركة بشرية مباشرة.

إجراء الإدخال (NS)- التأثير المطبق على مدخلات النظام أو الجهاز.

تأثير الإخراج (ص) - التأثير الناتج عن إخراج النظام أو الجهاز.

تأثير خارجي - تأثير البيئة الخارجية على النظام.

يظهر الرسم التخطيطي لنظام التحكم على سبيل المثال 1 في الشكل. 1.2

مثال 2.مخطط التحكم الآلي في درجة حرارة خزانة التجفيف.

تستخدم الدائرة مقياس حرارة زئبقيًا مع جهات اتصال RTK. عندما ترتفع درجة الحرارة إلى قيمة محددة مسبقًا ، يتم إغلاق جهات الاتصال بواسطة عمود من الزئبق ، ويتم تنشيط ملف عنصر الترحيل RE وتفتح دائرة التسخين H بواسطة جهة الاتصال RE. عندما تنخفض درجة الحرارة ، يتم فتح ملامسات مقياس الحرارة ، يتم إلغاء تنشيط التتابع ، واستئناف إمداد الجسم بالطاقة (انظر الشكل 1.3). 

ر
يكون. 1.3

مثال 3.دائرة درجة الحرارة ACP مع جسر قياس.

عندما تكون درجة حرارة الجسم مساوية لدرجة الحرارة المحددة ، يكون جسر القياس M (انظر الشكل 1.4) متوازنًا ، ولا تصل الإشارة إلى دخل مكبر الصوت الإلكتروني EI ، ويكون النظام في حالة توازن. عندما تنحرف درجة الحرارة ، تتغير مقاومة الثرمستور R T ويختل توازن الجسر. يظهر الجهد عند مدخل الاتحاد الأوروبي ، وتعتمد مرحلته على علامة انحراف درجة الحرارة عن المجموعة المحددة. يذهب الجهد المضخم في EI إلى المحرك D ، والذي يحرك محرك المحول الذاتي AT في الاتجاه المناسب. عند الوصول إلى درجة الحرارة المحددة ، سيتوازن الجسر وسيغلق المحرك.

(ممارسه الرياضه)

يتم تعيين قيمة قيمة درجة الحرارة المحددة باستخدام مجموعة المقاوم R. 

بناءً على الأمثلة الموصوفة ، من الممكن تحديد مخطط كتلة نموذجي لدائرة ACP أحادية الدائرة (انظر الشكل 1.5). التعيينات المقبولة:

x هو إجراء الإعداد (المهمة) ، e = x - y هو خطأ التحكم ، u هو إجراء التحكم ، f هو الإجراء المزعج (الاضطراب).

تعريفات:

تأثير الإعداد (مثل إجراء الإدخال X) - التأثير على النظام ، والذي يحدد قانون التباين المطلوب للمتغير الخاضع للرقابة).

السيطرة على النفوذ (ش) - تأثير جهاز التحكم على كائن التحكم.

جهاز التحكم (UU) - جهاز يؤثر على كائن التحكم من أجل ضمان وضع التشغيل المطلوب.

تأثير مزعج (و) - إجراء يميل إلى تعطيل العلاقة الوظيفية المطلوبة بين الإجراء المرجعي والقيمة الخاضعة للرقابة.

خطأ في التحكم (e = x - y) - الفرق بين القيم المحددة (x) والقيم الفعلية (y) للمتغير المتحكم فيه.

منظم (R) - مجموعة من الأجهزة الموصولة بجسم خاضع للرقابة وتوفر الصيانة التلقائية لقيمة معينة من قيمتها المنظمة أو تغييرها التلقائي وفقًا لقانون معين.

نظام التنظيم الأوتوماتيكي (ACP) هو نظام آلي بدائرة عمل مغلقة ، حيث يتم إنشاء التحكم (u) نتيجة لمقارنة القيمة الحقيقية لـ y بقيمة معينة من x.

يُطلق على اتصال إضافي في الرسم التخطيطي الهيكلي لـ ACP ، الموجه من الإخراج إلى إدخال القسم المدروس من سلسلة التأثيرات ، التعليقات (OS). يمكن أن تكون التعليقات سلبية أو إيجابية.

أتمتة عمليات الإنتاج هي الاتجاه الرئيسي الذي يتحرك فيه الإنتاج حاليًا حول العالم. كل ما كان يؤديه الشخص نفسه في السابق ، فإن وظائفه ، ليس فقط المادية ، ولكن الفكرية أيضًا ، تنتقل تدريجياً إلى التكنولوجيا ، التي تقوم بدورها بتنفيذ الدورات التكنولوجية وتمارس السيطرة عليها. هذا هو التيار الرئيسي للتقنيات الحديثة الآن. تم بالفعل تقليص دور الشخص في العديد من الصناعات إلى وحدة تحكم فقط على جهاز التحكم الآلي.

في الحالة العامة ، يُفهم مفهوم "التحكم في العملية" على أنه مجموعة من العمليات الضرورية لبدء العملية وإيقافها وكذلك الحفاظ على الاتجاه المطلوب للكميات المادية أو تغييره (مؤشرات العملية). الآلات الفردية ، والوحدات ، والأجهزة ، والأجهزة ، ومجمعات الآلات والأجهزة التي تحتاج إلى التحكم ، والتي تنفذ العمليات التكنولوجية ، تسمى كائنات التحكم أو الأشياء الخاضعة للرقابة في الأتمتة. الأشياء المدارة متنوعة للغاية في الغرض منها.

أتمتة العمليات التكنولوجية- استبدال العمل البدني للشخص الذي ينفق على آليات التحكم والآلات بتشغيل أجهزة خاصة تضمن هذا التحكم (تنظيم معايير مختلفة ، والحصول على إنتاجية معينة وجودة منتج دون تدخل بشري).

تجعل أتمتة عمليات الإنتاج من الممكن زيادة إنتاجية العمل عدة مرات ، وتحسين سلامتها ، ومراعاة البيئة ، وتحسين جودة المنتج واستخدام موارد الإنتاج بشكل أكثر كفاءة ، بما في ذلك الإمكانات البشرية.

يتم إنشاء وتنفيذ أي عملية تكنولوجية لغرض محدد. تصنيع المنتج النهائي أو الحصول على نتيجة وسيطة. لذلك يمكن أن يكون الغرض من الإنتاج الآلي هو فرز المنتج ونقله وتعبئته. يمكن أن تكون أتمتة الإنتاج كاملة ومعقدة وجزئية.

أتمتة جزئيةيحدث عندما يتم تنفيذ عملية واحدة أو دورة إنتاج منفصلة في الوضع التلقائي. في هذه الحالة ، يُسمح بمشاركة محدودة لشخص ما فيها. في أغلب الأحيان ، تحدث الأتمتة الجزئية عندما تكون العملية سريعة جدًا بحيث لا يتمكن الشخص نفسه من المشاركة فيها بشكل كامل ، بينما تقوم الأجهزة الميكانيكية البدائية ، التي تحركها المعدات الكهربائية ، بعمل ممتاز معها.

يتم استخدام الأتمتة الجزئية ، كقاعدة عامة ، على المعدات العاملة بالفعل ، وهي إضافة إليها. ومع ذلك ، فإنه يظهر أكبر قدر من الكفاءة عندما يتم تضمينه في نظام التشغيل الآلي العام منذ البداية - يتم تطويره وتصنيعه وتثبيته على الفور كجزء لا يتجزأ منه.

أتمتة معقدةيجب أن تغطي منطقة إنتاج كبيرة منفصلة ، يمكن أن تكون ورشة عمل منفصلة ، محطة توليد الكهرباء. في هذه الحالة ، يعمل كل الإنتاج في وضع مجمع آلي واحد مترابط. لا يُنصح دائمًا بالأتمتة الشاملة لعمليات الإنتاج. مجال تطبيقه هو الإنتاج الحديث المتطور للغاية ، والذي يستخدم للغايةمعدات موثوقة.

يؤدي تعطل إحدى الآلات أو الوحدة إلى إيقاف دورة الإنتاج بالكامل على الفور. يجب أن يتمتع هذا الإنتاج بالتنظيم الذاتي والتنظيم الذاتي ، والذي يتم تنفيذه وفقًا لبرنامج تم إنشاؤه مسبقًا. في الوقت نفسه ، يشارك الشخص في عملية الإنتاج فقط كوحدة تحكم دائمة ، ويراقب حالة النظام بأكمله وأجزائه الفردية ، ويتدخل في الإنتاج لبدء التشغيل وبدء التشغيل وفي حالات الطوارئ ، أو بالتهديد بحدوث مثل هذا.

أعلى مستوى من أتمتة عمليات الإنتاج - أتمتة كاملة... معها ، لا يمارس النظام نفسه عملية الإنتاج فحسب ، بل يمارس أيضًا السيطرة الكاملة عليها ، والتي يتم تنفيذها بواسطة أنظمة التحكم الآلي. الأتمتة الكاملة منطقية في إنتاج مستدام وفعال من حيث التكلفة مع عمليات تكنولوجية راسخة مع وضع تشغيل ثابت.

يجب توقع جميع الانحرافات المحتملة عن القاعدة مسبقًا ، ويجب تطوير أنظمة الحماية ضدها. كما أن الأتمتة الكاملة ضرورية للعمل الذي يمكن أن يهدد حياة الإنسان أو صحته أو يتم تنفيذه في أماكن يتعذر الوصول إليها - تحت الماء ، في بيئة عدوانية ، في الفضاء.

يتكون كل نظام من مكونات تؤدي وظائف محددة. في النظام الآلي ، تأخذ المستشعرات القراءات وتنقلها لاتخاذ قرار بشأن كيفية التحكم في النظام ، ويتم تنفيذ الأمر بالفعل بواسطة محرك الأقراص.غالبًا ما تكون هذه معدات كهربائية ، نظرًا لأنه بمساعدة التيار الكهربائي ، يكون تنفيذ الأوامر أكثر ملاءمة.

من الضروري فصل نظام التحكم الآلي والآلي. في نظام التحكم الآليتنقل المستشعرات القراءات إلى لوحة التحكم إلى المشغل ، وبعد أن اتخذ قرارًا ، ينقل الأمر إلى الجهاز التنفيذي. في نظام آلي- يتم تحليل الإشارة بواسطة الأجهزة الإلكترونية ، وبعد اتخاذ القرار ، تعطي الأمر للأجهزة المنفذة.

ومع ذلك ، فإن المشاركة البشرية في الأنظمة الآلية ضرورية ، وإن كانت بمثابة وحدة تحكم. لديه القدرة على التدخل في العملية التكنولوجية في أي وقت أو تصحيحها أو إيقافها.

لذلك ، قد يفشل مستشعر درجة الحرارة ويعطي قراءات غير صحيحة. في هذه الحالة ، ستدرك الإلكترونيات بياناتها على أنها موثوقة ، دون التشكيك فيها.

يتفوق عقل الإنسان مرات عديدة على قدرات الأجهزة الإلكترونية ، رغم أنه أدنى منها من حيث سرعة الاستجابة. يمكن للمشغل فهم أن المستشعر معيب ، وتقييم المخاطر ، وإيقاف تشغيله ببساطة دون مقاطعة العملية. في الوقت نفسه ، يجب أن يكون على يقين تام من أن هذا لن يؤدي إلى وقوع حادث. الخبرة والحدس ، اللذان لا يمكن للآلات الوصول إليه ، يساعدانه على اتخاذ القرار.

لا يشكل مثل هذا التدخل المستهدف في الأنظمة الآلية مخاطر جسيمة إذا تم اتخاذ القرار من قبل محترف. ومع ذلك ، فإن إيقاف تشغيل جميع الأتمتة وتحويل النظام إلى وضع التحكم اليدوي محفوف بالعواقب الوخيمة بسبب حقيقة أن الشخص لا يمكنه الاستجابة بسرعة لتغيير في الموقف.

المثال الكلاسيكي هو الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية ، والذي أصبح أكبر كارثة من صنع الإنسان في القرن الماضي. حدث ذلك على وجه التحديد بسبب إغلاق الوضع التلقائي ، عندما لم تتمكن البرامج المطورة بالفعل للوقاية من حالات الطوارئ من التأثير على تطور الوضع في مفاعل المحطة.

بدأت أتمتة العمليات الفردية في الصناعة منذ القرن التاسع عشر.يكفي استدعاء منظم الطرد المركزي الأوتوماتيكي للمحركات البخارية من تصميم وات. ولكن فقط مع بداية الاستخدام الصناعي للكهرباء أصبح من الممكن أتمتة أوسع للعمليات الفردية ، ولكن الدورات التكنولوجية بأكملها. هذا يرجع إلى حقيقة أنه قبل ذلك تم نقل القوة الميكانيكية إلى أدوات الماكينة باستخدام ناقل الحركة ومحركات الأقراص.

لم يبدأ الإنتاج المركزي للكهرباء واستخدامها في الصناعة ، بشكل عام ، إلا في القرن العشرين - قبل الحرب العالمية الأولى ، عندما تم تجهيز كل آلة بمحركها الكهربائي الخاص. لقد كان هذا الظرف هو الذي جعل من الممكن ليس فقط ميكنة عملية الإنتاج نفسها على الماكينة ، ولكن أيضًا لمكننة سيطرتها. كانت هذه هي الخطوة الأولى نحو الخلق آلات أوتوماتيكية... ظهرت العينات الأولى منها في أوائل الثلاثينيات. ثم نشأ مصطلح "الإنتاج الآلي".

في روسيا - ثم في الاتحاد السوفيتي ، تم اتخاذ الخطوات الأولى في هذا الاتجاه في الثلاثينيات والأربعينيات من القرن الماضي. لأول مرة ، تم استخدام أدوات الآلة الأوتوماتيكية في إنتاج الأجزاء الحاملة. ثم جاء أول إنتاج مؤتمت بالكامل في العالم للمكابس لمحركات الجرارات.

تم دمج الدورات التكنولوجية في عملية آلية واحدة ، بدءًا من تحميل المواد الخام وتنتهي بتعبئة الأجزاء النهائية. أصبح هذا ممكنًا بفضل الاستخدام الواسع النطاق للمعدات الكهربائية الحديثة في ذلك الوقت ، والمرحلات المختلفة ، والمفاتيح عن بُعد ، وبالطبع محركات الأقراص.

وفقط ظهور أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الأولى جعل من الممكن الوصول إلى مستوى جديد من الأتمتة. الآن توقفت العملية التكنولوجية عن اعتبارها مجرد مجموعة من العمليات المنفصلة التي يجب إجراؤها في تسلسل معين للحصول على نتيجة. الآن أصبحت العملية برمتها وحدة واحدة.

في الوقت الحالي ، لا تقوم أنظمة التحكم الآلي بعملية الإنتاج فحسب ، بل تتحكم فيها أيضًا ، وتراقب حدوث حالات الطوارئ وحالات الطوارئ.يبدأون ويوقفون المعدات التكنولوجية ، ويراقبون الأحمال الزائدة ، ويمارسون الإجراءات في حالة وقوع حوادث.

في الآونة الأخيرة ، تجعل أنظمة التحكم الأوتوماتيكية من السهل جدًا إعادة بناء المعدات لإنتاج منتجات جديدة. هذا بالفعل نظام كامل ، يتكون من أنظمة آلية منفصلة متعددة الأوضاع متصلة بجهاز كمبيوتر مركزي ، والتي تربطها بشبكة واحدة وتصدر مهام للتنفيذ.

كل نظام فرعي عبارة عن كمبيوتر منفصل له برنامج خاص به مصمم لأداء مهامه الخاصة. هذا بالفعل وحدات إنتاج مرنة.يطلق عليهم اسم المرونة لأنه يمكن إعادة تكوينها لعمليات تكنولوجية أخرى وبالتالي توسيع الإنتاج وتنويعه.

ذروة الإنتاج الآلي. تغلغلت الأتمتة في الإنتاج من أعلى إلى أسفل. خط نقل لتوصيل المواد الخام للإنتاج يعمل بشكل آلي. الإدارة والتصميم آليان. يتم استخدام الخبرة والذكاء البشريين فقط عندما لا تستطيع الإلكترونيات استبدالها.

مقدمة ( أساسيات أتمتة العمليات)

في الوقت الحاضر ، هناك تطور سريع في إنتاج واستخدام الآلات والأجهزة ذاتية التشغيل ، وزيادة في عدد عمليات الإنتاج التي يتم تنفيذها وفقًا لنوع التكنولوجيا غير المأهولة. تخترق الأجهزة الأوتوماتيكية المختلفة جميع مجالات النشاط البشري ، بما في ذلك العلوم والإنتاج والحياة اليومية. بالنسبة للمهندس في أي تخصص ، أصبح من الضروري التعرف على الأسس النظرية والتطبيقات العملية للأتمتة فيما يتعلق باهتماماته المهنية. هذا مهم بشكل خاص للمهندسين الكهربائيين المتخصصين في مجال المحركات الكهربائية الآلية ، لأن معظم نشاطهم المهني يتمثل في إنشاء معدات لأتمتة العمليات التكنولوجية المختلفة ، وتعديلها وتشغيلها في الظروف الصناعية.

يعتمد المسار المعتاد لأتمتة العمليات التكنولوجية على تكنولوجيا إنتاج معين: بناء الآلات ، والتعدين ، والكيمياء ، والنسيج ، وما إلى ذلك ، أنظمة التحكم في معدات العمليات. من المهم للمتخصصين في القيادة الكهربائية الآلية الحصول على فكرة عن المهام العامة التي يتم حلها عن طريق الأتمتة في الإنتاج الحديث الآلي والآلي ، حول مكان محرك كهربائي في أنظمة الأتمتة. يجب أن يدرسوا أساسيات نظرية أتمتة العمليات التكنولوجية وأن يتعلموا كيفية حل المشكلات التقنية البسيطة المرتبطة بالتصميم ، واختيار الأجهزة للأنظمة الآلية ، وتطوير الخوارزميات والبرمجيات لتشغيلها في ظروف تشغيل محددة.

شرط التشغيل الآلييشير إلى فئة واسعة جدًا من عمليات الإنتاج والأنظمة الأخرى لتنظيم العمل والأنشطة البشرية الأخرى ، حيث يتم نقل قدر كبير من العمليات المتعلقة بعمليات الحصول على الطاقة والمواد وتحويلها ونقلها واستخدامها ، وخاصة المعلومات إلى التقنية المتخصصة الأجهزة ووسائل الميكنة وآلات التحكم ... العمليات المؤتمتة ، بما في ذلك الإدارة والتنظيم والتحكم (الجزئي) فيها ، تتقدم بشكل مستقل ، وفقًا لبرنامج تم إعداده مسبقًا وتم إدخاله في ناقل برنامج خاص ، بحيث لا تكون هناك حاجة للمشاركة البشرية المباشرة في أدائها الطبيعي. يُترك لموظفي الصيانة وظائف التحكم العام فقط ، وإذا لزم الأمر ، الإصلاح والتعديل. الميكنة ، التي تتكون من استبدال العمل اليدوي ، والجهود الجسدية لشخص ما بعمليات الآلة ، هي عنصر لا غنى عنه في الأتمتة. على عكس الميكنة البسيطة ، تشتمل الأتمتة بالضرورة على نقل العمليات للتحكم في الآلات للتحكم في العملية الآلية وتنظيمها وفقًا لهدف تمت صياغته مسبقًا وربما محسّنًا أثناء تنفيذ العملية. أهداف الأتمتة متعددة. يمكن أن تشمل حل مشاكل زيادة إنتاجية العمل وكفاءته ، وتحسين جودة المنتج ، وتحسين الإدارة ، وضمان سلامة العمالة البشرية ، وحماية البيئة ، وما إلى ذلك.

يتم تحقيق أهداف الأتمتة باستخدام أنظمة التحكم الآلي(ACS) ، ACS عبارة عن مجموعة من الأساليب الرياضية والوسائل التقنية (أهمها أجهزة الكمبيوتر وأجهزة المعالجات الدقيقة الأخرى) وبرامجها ومجمعاتها التنظيمية التي توفر التحكم في معلمات الكائنات الآلية ومراقبتها وفقًا للهدف المحدد لها يعمل بشكل مستقل. من بين أهداف الأتمتة:

العمليات التكنولوجية والطاقة والنقل وغيرها من عمليات الإنتاج ؛

تصميم مختلف الوحدات والآلات والسفن والمباني وغيرها من الهياكل والمجمعات الصناعية ؛

التنظيم والتخطيط والإدارة داخل متجر أو مؤسسة أو موقع بناء أو وحدة عسكرية ، إلخ ؛

البحث العلمي والتقني ، والتشخيص الطبي ، والمحاسبة ومعالجة البيانات الإحصائية ، والبرمجة ، والأجهزة المنزلية ، وأنظمة الأمن ، إلخ.

من بين جميع العناصر الآلية المدرجة ، سننظر فقط في العمليات التكنولوجية للإنتاج الصناعي. مع أتمتة هذا الأخير ، يتم نقل وظائف التحكم والمراقبة التي كان يقوم بها البشر سابقًا إلى أجهزة وأدوات التحكم الآلي. في الوقت نفسه ، يتم تحسين ميكنة عمليات العمل الفردية. أجهزة التحكم ، التي تتلقى المعلومات عبر قنوات التغذية الراجعة حول التغييرات في المعلمات المراقبة ، مثل حجم المنتجات المعالجة ، وسرعة المعالجة ، ودرجة الحرارة ، والشكل ، وفقًا لبرنامج المعالجة المحدد ، وإشارات التحكم التي تضمن تنفيذ برنامج المعالجة في وضع التشغيل الأمثل.

يناقش الفصل الأول القضايا العامة لأتمتة العمليات التكنولوجية والوظائف الرئيسية وهيكل نظام التحكم في العملية. نظرًا لأن التحكم في العملية التكنولوجية أصبح ممكنًا بفضل عمليات المعلومات التي يتم تشكيلها بالتوازي مع العملية التكنولوجية الحالية ، ففي الفصل الثاني يتم النظر في عناصر نظرية المعلومات فيما يتعلق بتشكيل عمليات إدارة المعلومات. يتم إيلاء اهتمام خاص هنا لقضايا معلومات الترميز في الرموز الثنائية ، حيث أن هذه الرموز هي الأساس لعمل جميع أجهزة التحكم الحديثة. وينتهي الفصل بفحص طرق تنظيم تبادل المعلومات عن طريق نقلها عبر قنوات الاتصال في إطار نظام التحكم في العملية.

يعد إنشاء نظام التحكم الآلي في العملية أمرًا مستحيلًا بدون وصف دقيق ومفصل بدرجة كافية لخصائص وخصائص كائن تكنولوجي محكوم (TO). لذلك خصص الفصل الثالث لعرض الأساليب التحليلية والتجريبية لإنشاء نموذج TO الذي يعكس الخصائص والخصائص المحددة.

يحتل الفصلان الرابع والخامس المكانة المركزية في الكتاب المدرسي ، وهما مكرسان لطرق تحليل وتوليف خوارزميات التحكم لأنظمة التحكم في العمليات. تعرض خوارزميات التحكم الطرق المخططة لحل مشاكل نظام التحكم الآلي في العملية لتحقيق الاستقرار والتحكم في برنامج المعلمات وأنماط الصيانة ، مما يضمن تدفق العمليات التقنية وفقًا لمعيار معين من الأمثلية. يتم إيلاء اهتمام خاص للنظر في طرق تحسين أوضاع تشغيل TO بخصائص خطية وغير خطية وإنشاء مخططات كتلة لخوارزميات التحكم. هذا الأخير هو الأساس لإنشاء برامج التحكم في عملية برمجة أجهزة أنظمة الأتمتة.

يتناول الفصل السادس مراحل تصميم نظام التحكم الآلي في العمليات ، بدءًا من اختيار الوسائل التقنية اللازمة لبناء نظام آلي للتحكم في العمليات ، ووضع المواصفات الفنية ، وانتهاءً بالتصميم التفصيلي. في الختام ، في الفصل السابع ، تم اعتبار قضايا أنظمة أتمتة البناء في الهندسة الميكانيكية القائمة على CNC وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة كمثال.

مقدمة

المقدمة

الفصل 1. معلومات عامة حول التحكم الآلي في عمليات الإنتاج ، وتصنيف أنظمة التنظيم التلقائي (SAR)

1.1 المفاهيم الأساسية وتعريفات نظرية التحكم الآلي

1.1 مبادئ التنظيم

1.3 خوارزمية (قانون) اللائحة 5

1.4 المتطلبات الأساسية لأنظمة التحكم الآلي

2 وظائف التحويل لنظام خطي. المخططات الهيكلية وتحولاتها

3 احصائيات أنظمة التحكم الآلي

1.3 الخصائص الثابتة لعناصر ووصلات ATS

3.2 الخصائص الثابتة لوصلات الوصلة

4 مفهوم ثبات أنظمة التحكم الآلي

الفصل 2. الخصائص المترولوجية للقياسات التقنية

2.1 المصطلحات والتعاريف المترولوجية الأساسية. مفهوم القياس

2 أنواع أدوات القياس (SI)

3 أنظمة ووحدات الكميات الفيزيائية

4 الخصائص المترولوجية لأجهزة القياس. المعايرة والتحقق من أدوات القياس

الفصل 3. مجسات كهربائية ذات قيم ميكانيكية

3.1 المشفرات الخطية والزاوية

2 مستشعرات القوة

3 مستشعرات للسرعة

الفصل الرابع: طرق ووسائل قياس المعلمات التقنية الأساسية

4.1 طرق القياس الكهربائية

2 طرق ووسائل قياس درجة الحرارة

3 طرق ووسائل قياس المستوى

4 طرق ووسائل قياس الضغط

4.1 طرق قياس الضغط المباشر

4.2 طرق قياس الضغط غير المباشر

5 طرق ووسائل قياس التدفق

5.1 مقاييس تدفق الضغط التفاضلي

5.2 مقاييس تدفق الضغط التفاضلي الثابت

5.3 مقاييس التدفق الكهرومغناطيسي

5.4 عدادات التدفق فوق الصوتية

5.5 متر مستوى متغير

5.6 مقياس التدفق الحراري

5.7 مقاييس الجريان الدوامة

5.8 مقاييس تدفق كوريوليس

الفصل 5. طرق ووسائل قياس الاهتزاز

5.1 طرق قياس الاهتزاز

2 أدوات قياس الاهتزاز

الفصل 6. قياس الخصائص الفيزيائية والكيميائية للسوائل والغازات

6.1 قياس الخواص الفيزيائية والكيميائية للزيت ومياه التكوين

1.1 قياس الخواص الفيزيائية والكيميائية للزيت

1.2 قياس الخواص الفيزيائية والكيميائية لمياه التكوين

2 قياس الخواص الفيزيائية والكيميائية للغازات

الفصل 7. عناصر التتابع

7.1 المرحلات الكهرومغناطيسية AC و DC

1.1 المرحلات الكهرومغناطيسية الثابتة (محايدة)

1.2 مرحلات كهرومغناطيسية AC

2 جهات اتصال تعمل مغناطيسيًا (مفاتيح القصب)

الفصل 8. نقل المعلومات في نظم الأتمتة

8.1 معلومات أساسية عن أنظمة الميكانيكا عن بعد

2 واجهات بيانات

الفصل 9. المعالجات الدقيقة

9.1 معلومات أساسية عن المعالجات الدقيقة

2 تحويل المعلومات من التناظرية إلى الرقمية ومن الرقمية إلى التناظرية

استنتاج

المؤلفات

المرفقات

الملحق 1. مراقبة المواد وقياسها

الملحق 2. قائمة الأعمال العملية والمخبرية

التذييل 3: قائمة مواضيع التسوية والأعمال الرسومية (الملخصات)

الملحق 4. قائمة المؤلفات الأساسية والإضافية

مقدمة

يحتوي الكتاب المدرسي "أساسيات أتمتة العمليات التكنولوجية لإنتاج النفط والغاز" على عرض منظم للانضباط الأكاديمي الذي يحمل نفس الاسم ، ويتوافق تمامًا مع المنهج الدراسي ، وفي الواقع ، هو الكتاب المدرسي الرئيسي للتخصص. إنه يعكس المعرفة الأساسية التي تحددها الوحدات التعليمية للمعيار التعليمي الفيدرالي للدولة في مجال 131000 "أعمال النفط والغاز" ، تخصص "تشغيل وصيانة مرافق إنتاج النفط". يتضمن محتوى الكتاب المدرسي وصفًا لطرق الحصول على المعرفة واستخدامها في مجال أتمتة العمليات التكنولوجية ، والأسس المنهجية للطرق الأساسية وأنماط أداء أدوات القياس وأنظمة الأتمتة وتطوير مجالات النشاط التي تنعكس فيها ، فضلا عن المشاكل الرئيسية والاتجاهات الرئيسية في تطوير صناعة النفط والغاز.

الهدف من البرنامج التعليمي هو تقديم المساعدة المنهجية للطلاب في إنشاء قاعدة المعرفة النظرية الأولية اللازمة للطلاب حول المبادئ الأساسية لبناء أنظمة التشغيل الآلي لعمليات الإنتاج ، وكذلك على الوسائل التقنية للأتمتة ، والتي على أساسها تم بناء الأنظمة المذكورة. عند دراسة المادة التعليمية ، سيتلقى الطالب معلومات حول أساسيات أتمتة عمليات القياس ، وأنواع وطرق القياس ، والجهاز وخصائص تشغيل مستشعرات محددة للمعلمات التكنولوجية الرئيسية والأجهزة الثانوية وتكنولوجيا المعالجات الدقيقة.

الغرض من الدليل هو تزويد الطلاب بفرصة دراسة الجهاز ومبدأ تشغيل معدات محددة ومعدات التشغيل الآلي ، بالإضافة إلى بعض القواعد الخاصة بتشغيلهم.

في عملية دراسة المادة ، يجب على الطلاب التعرف على الأساسيات وتصنيف الأساليب وأدوات القياس ؛ للحصول على فكرة واضحة عن المجمع التكنولوجي ، حول نقاط التقاط إشارة معلمات العملية التكنولوجية ؛ لإتقان المخططات التخطيطية للمعدات ، ومبادئ تشغيل المستشعرات والمرحلات ، والقدرات التقنية لمعدات المعالجات الدقيقة ووسائل الأتمتة ، وقواعد إنشاء المخططات الهيكلية ، ومعايير التنظيم ، وآفاق إدخال أجهزة الكمبيوتر في التطوير و تشغيل الآبار ، وقواعد التشغيل المؤهل تقنيًا للمعدات والأتمتة ؛ اكتساب المهارات اللازمة لإجراء تحليل مقارن للضوابط والأتمتة ؛ تعرف على تعقيدات استخدام أدوات الأتمتة وآفاق تطويرها.

على أساس المعرفة النظرية التي تم الحصول عليها ، يجب أن يتعلم الطلاب كيفية أداء العمل العملي والمختبري ، وبالتالي أن يكونوا قادرين على تركيب معدات بسيطة ، وفك تشفير وتحليل مخططات تسجيل المعدات ، وتقييم المعلومات الواردة ، وتصحيح أوضاع التطوير والتشغيل لأنظمة الأتمتة لعمليات إنتاج النفط والغاز باستخدام معدات متخصصة ...

المقدمة

أتمتة العمليات التكنولوجية هي عامل حاسم في زيادة إنتاجية العمل وتحسين جودة المنتجات.

تتطلب العمليات التكنولوجية للمنشآت الصناعية الحديثة التحكم في عدد كبير من المعلمات ويصعب التحكم فيها. في هذا الصدد ، في تصميم وتشغيل المنشآت الصناعية ، تعلق أهمية استثنائية على قضايا احترافية المتخصصين العاملين في مؤسسات مجمع الوقود والطاقة.

على مدى سنوات تطوير تكرير النفط والصناعة البتروكيماوية ، أصبحت العمليات أكثر تعقيدًا ، مما يتطلب تحكمًا أكثر دقة فيها. في النصف الأول من القرن العشرين ، ظهرت أجهزة للتسجيل والتحكم في المعلمات ، ما يسمى بأجهزة التحكم والقياس - الأجهزة. يعد أصل وتشكيل وتطوير أجهزة القياس والتحكم ، والعملية من التحكم الآلي إلى أنظمة التحكم الآلي والتحكم على المستويين الكلي والجزئي جزءًا لا يتجزأ من عمليات إنتاج النفط والغاز وتكرير النفط والبتروكيماويات.

أدى التحسين الإضافي لأجهزة التسجيل والمراقبة والتحكم في المعلمات إلى الأتمتة والميكنة عن بعد لتكرير النفط والبتروكيماويات. أدى هذا الأخير إلى الحوسبة والتحكم في العمليات ، أي إلى أنظمة التحكم الآلي (ACS).

وبالطبع ، يعد التقدم في هندسة الأجهزة والأدوات في ACS مهمة مثيرة للاهتمام ، حيث يعد حلها ضروريًا لتحديد المزيد من آفاق التطوير بناءً على التغلب على مشاكل الإدارة العالمية في قطاع النفط والغاز.

تمت صياغة المشاكل الرئيسية الست الحديثة للإدارة التشغيلية للإنتاج والأتمتة في إنتاج النفط والغاز:

المحاسبة عن إنتاج وحركة واستخدام المواد الخام الهيدروكربونية والنفط والغاز والمنتجات البترولية ، والتي من المهم توفير حل لها لضمان إمكانية مراقبة العمليات المحاسبية ، بما في ذلك من المناطق المرخصة ، وكذلك لضمان إجراء عمليات المراجعة الداخلية والخارجية للمحاسبة النفطية ، والتي تتطلب بدورها تطوير أدوات قياس مناسبة ، بالإضافة إلى برنامج ونظام معلومات.

إدارة الأصول الإقليمية ، وتنظيم صيانة وإصلاح المعدات ، وضمان سلامة الإنتاج والموظفين. لحل هذه المشكلة ، يلزم تطوير برامج وأدوات معلومات توفر المحاسبة وتخطيط الصيانة والإصلاحات ومراقبة حالة أصول الإنتاج والعمل المنجز ؛ مراقبة إبرام وتنفيذ العقود مع المقاولين لأداء العمل ؛ السيطرة على وجود الموظفين في مرافق الإنتاج ؛ إمكانية التدريب في الموقع للأفراد باستخدام أجهزة المحاكاة ؛ التوفر في أماكن العمل لوثائق محدثة حول استخدام المعدات والتكنولوجيا اللازمة لتنفيذ الإجراءات والعمليات.

ارتفاع مستوى استهلاك الطاقة في الإنتاج والحاجة إلى تدابير توفير الطاقة وكفاءة الطاقة. لحل هذه المشكلة ، يلزم وجود برامج وأدوات معلومات لضمان المحاسبة ، وتخطيط الصيانة والإصلاحات ، ومراقبة حالة استهلاك الطاقة من خلال عناصر العملية التكنولوجية ؛ تحديد كائنات استهلاك الطاقة مع زيادة عن المستوى القياسي لاستهلاك الكهرباء ؛ السيطرة على تنفيذ تدابير توفير الطاقة.

مجموعة متنوعة من وسائل APCS والنمذجة ونظم المعلومات. تتطلب هذه المشكلة تطوير البرمجيات وأدوات المعلومات التي توفر تشكيل مجموعة من المعلومات الأولية للاستراتيجية (خطط التطوير وموقع الإنتاج) ، متوسطة المدى (الخطط السنوية والشهرية) والتشغيلية (اليومية وخطط الورديات). خطط الإدارة؛ تلبية متطلبات تكوين وهيكل المستندات وفقًا للوائح الداخلية للمؤسسة ، ومتطلبات توحيد المساهمين ؛ توحيد الوصول وتمايز الصلاحيات عند التعامل مع المستندات.

تقليل تكلفة تشغيل النظام مع تعظيم مستوى خدمة المعلومات المقدمة لمتخذي القرار. لحل المشكلة ، يلزم ما يلي: تطوير منهجية لأداء العمل على تطوير مستوى MES ، وأتمتة مرافق الإنتاج غير المؤتمتة سابقًا ، والبرمجيات وأدوات المعلومات التي توفر: الحفاظ على تحديث قواعد البيانات والحالة القابلة للتشغيل لبرنامج النظام ؛ التحكم في تشغيل برنامج النظام (لتبادل المعلومات مع أنظمة APCS ، وتخطيط موارد المؤسسات ، وما إلى ذلك) ؛ تحديد تصرفات الأفراد المشاركين في تشغيل النظام.

ترجع الزيادة في الأموال والعمالة لاستخراج كل طن من النفط إلى حقيقة أن حقول النفط الرخيص في غرب سيبيريا ، المكتشفة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، آخذة في النضوب تدريجياً. في المنطقة الحاملة للنفط ، توجد بشكل أساسي احتياطيات ذات إنتاج معقد ، وتتطلب حلولًا تكنولوجية جديدة واستثمارات رأسمالية إضافية. لحل هذه المشكلة ، من الضروري تحسين كفاءة الاستثمارات الرأسمالية وتسهيل إدارة استخراج النفط ؛ زيادة كفاءة الاستثمارات الرأسمالية وتسهيل إدارة استخراج النفط من باطن الأرض من خلال نهج يسمى "الحقول الذكية" و "الحقول الذكية" و "حقول النفط الذكية" و "الآبار الذكية". تحسين تشغيل جميع المرافق الميدانية: الآبار والخزانات وخطوط الأنابيب والمرافق السطحية الأخرى.

الفصل 1. معلومات عامة حول التحكم الآلي في عمليات الإنتاج ، وتصنيف أنظمة التنظيم الآلي (SAR)

1المفاهيم الأساسية وتعريفات نظرية التنظيم الآلي

من المعروف أن العملية الفنية تتميز بمجموعة من البيانات والقيم والمؤشرات. تسمى مجموعة العمليات لبدء العملية أو إيقافها أو الحفاظ على ثبات مؤشرات العملية أو تغييرها وفقًا لقانون معين التحكم.

يسمى الحفاظ على المؤشرات عند مستوى معين أو تغييرها وفقًا لقانون معين التنظيم ، أي التنظيم هو جزء من الحوكمة. وإذا تم تنفيذ عمليات التحكم هذه دون مشاركة شخص (مشغل) ، فسيتم تسميتها تلقائيًا.

يُطلق على الجهاز الذي ينفذ عملية تكنولوجية ، مؤشراته التي تحتاج إلى التحكم أو التنظيم ، كائنًا خاضعًا للرقابة ، أو كائنًا خاضعًا للرقابة. يمكن أن تكون عناصر التحكم عبارة عن مضخة طينية ، أو جهاز حفر ، أو محرك حفر ، وما إلى ذلك ، أو وحداتها الفردية التي تؤدي عمليات معينة لعملية تكنولوجية ، على سبيل المثال ، ونش جهاز الحفر.

يُطلق على الجهاز الفني الذي يقوم بالتحكم وفقًا لبرنامج (خوارزمية) جهاز التحكم الآلي.

يُطلق على الجمع بين كائن التحكم وجهاز التحكم نظام التحكم التلقائي (ACS).

لسنا مهتمين بجميع عمليات التحكم الآلي ، ولكننا مهتمون فقط بالتنظيم ، أي تلك العمليات التي تتعلق بالحفاظ على معلمات العملية أو تغييرها.

يمكن تنفيذ أي عملية تنظيمية

· بدون التحكم في النتيجة - تنظيم الحلقة المفتوحة ؛

· مع التحكم في النتائج - تنظيم الحلقة المغلقة.

مثال على التحكم في الحلقة المفتوحة دون التحكم في النتيجة (معدل التدفق Q) هو استقرار إمداد سائل التنظيف Q عندما تعمل مضخة المكبس بكامل طاقتها عند تعشيق سرعة علبة التروس المقابلة (محرك غير متغير ولا تفريغ سائل التنظيف). هنا ، مع تغييرات كبيرة (غير طارئة) في خصائص المسار الهيدروليكي (بسبب ملاط ​​الحفرة السفلية ، وقطع الصخور من جدران البئر ، وما إلى ذلك) ، يظل معدل تدفق سائل الحفر ثابتًا.

في المثال الموضح ، يكون موضوع التحكم عبارة عن مضخة طين بمحرك ثابت (وحدة ضخ). جسم التحكم (المنظم) ، الذي يجب أن يحتوي على جسم للتحكم في إمداد سائل التنظيف ، هو علبة تروس.

يتم استخدام التحكم في الحلقة المفتوحة بشكل متكرر أقل بكثير من التحكم في الحلقة المغلقة بسبب عدم استقرار خصائص العناصر. تخضع عناصر النظام لأنواع مختلفة من الاضطرابات. في المثال الموضح ، قد يكون هذا تغييرًا في عامل ملء أسطوانات المضخة بسبب تغيير في معاملات سائل التنظيف أو مسار الشفط.

لنفكر في مثال على التحكم في الحلقة المغلقة مع التحكم في النتيجة - معدل التدفق Q. في الشكل. يوضح الشكل 1.1 مخطط كتلة للمنظم (المثبت) لمعدل تدفق سائل التنظيف Q. هنا يتم التحكم في معدل التدفق Q بواسطة مستشعر التدفق DR. نقطة الضبط Z عن طريق ضبط الجهد U المؤخر تم تعيين معدل التدفق المطلوب Q. يتم تحديد سرعة المحرك n (ومن ثم معدل التدفق Q) بواسطة الحمل والجهد U جي ، والتي تعتمد على قيمة ∆U.

∆U = ش المؤخر - يو OS1 , (1.1)

اين انت OS1 - الجهد عند خرج المستشعر (U د ) ، بما يتناسب مع معدل التدفق Q ، ويسمى جهد التغذية المرتدة. وهذه العلاقة في هذه الحالة سلبية (يُشار إليها تقليديًا بتظليل القطاع): تقلل من قيمة U المؤخر ... عندما ينحرف معدل التدفق Q عن القيمة المحددة ، يتغير U أيضًا OS1 ، مما يؤدي إلى تغيير في n وبالتالي لاستعادة معدل التدفق Q.

يسمى الصيانة التلقائية لقانون معين للتغيير في مؤشرات العملية باستخدام التغذية الراجعة التنظيم التلقائي. في المثال المدروس ، أحد المؤشرات هو Q. ويسمى المتغير المتحكم فيه.

لذلك ، بناءً على المثال المدروس ، سنفترض أن الجهاز التلقائي الذي يقوم بالتنظيم التلقائي يسمى المنظم التلقائي.

في المقابل ، يسمى الكائن الذي يتحكم فيه المنظم بالكائن المنظم.

تشكل مجموعة الكائن المتحكم فيه والمنظم التلقائي نظام التحكم التلقائي (ACS).

حسب الغرض الوظيفي ، تنقسم الأنظمة الأوتوماتيكية إلى أنظمة تحكم أوتوماتيكية مفتوحة الحلقة وأنظمة تحكم أوتوماتيكية مغلقة الحلقة وأنظمة تحكم أوتوماتيكية.

دعنا نفكر في الأمثلة التي توضح عمل الدوائر المدروسة.

1.مثال. مثبت تيار الفتيل للمصابيح الإلكترونية. يوضح الرسم البياني تنظيم الحلقة المفتوحة.

الحفاظ على تيار خيوط ثابت أنا ح يحدث بدون مشاركة المشغل ، أي لا يمارس أي سيطرة.

مثال على التحكم اليدوي في السرعة ω عمود المحرك الكهربائي.

تردد الدوران ω عمود محرك القيادة D هو دالة للجهد في أطراف المولد U جي ، والتي بتواتر ثابت لدوران المحرك ( ω VD = const) بواسطة التيار في ملف الإثارة لمولد OVG. لتنظيم السرعة أو الحفاظ عليها ثابتة ω يراقب المشغل قراءات الفولتميتر V المتدرجة بأبعاد سرعة الدوران ω وتغيير مقاومة الريوستات P الحالية يدويًا ovg في ملف الإثارة يحقق القيمة المطلوبة ω.

هنا نلاحظ نظام تحكم مغلق. لكن نظام التحكم اليدوي هذا له عيب كبير: دقة تحكم منخفضة ووجود غير مرغوب فيه للمشغل. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عدد من التأثيرات المزعجة: عزم دوران متغير على عمود المحرك M مع ، والتغيرات في درجة حرارة البيئة ، وارتداء فرش الآلات الكهربائية ، وما إلى ذلك ، وبالتالي عدم دقة نظام التحكم ؛ النظام غير قابل للتطبيق على العمليات السريعة.

توفر الأمثلة التي تمت مناقشتها أساسًا للنظر في المبادئ التنظيمية.

1.1.1 مبادئ التنظيم

أثناء تشغيل الأنظمة المذكورة أعلاه ، يصبح تأثير العوامل الخارجية (التأثيرات المزعجة) واضحًا. إن أبسط حل لحساب كل اضطراب هو تركيب المستشعر المناسب. ومع ذلك ، فإن هذا النهج ليس دائما ممكنا. كوسيلة للخروج من هذا الموقف ، عادةً ما يتم استخدام التقنيات ، والتي بموجبها يتم قياس الانحراف عن قيمة معينة أولاً بتركيب المستشعر ، ثم يتم إدخال تعديل وفقًا للانحراف المقاس (على غرار المثال مع تغيير في موضع منزلق مقاومة متغيرة P).

هناك المبادئ الأساسية التالية للتنظيم:

· بالانحراف

· غضب.

· تعويضات؛

· مجموع.

يوضح الشكل 1.4 دائرة للتحكم الأوتوماتيكي (التثبيت) في سرعة المحرك باستخدام مستشعر واحد لمراقبة انحراف السرعة عن القيمة المحددة ، وهو مولد سرعة الحركة.

هذه الدائرة ، في الواقع ، هي تحويل لدائرة تحكم يدوية (الشكل 1.3) إلى دائرة تحكم أوتوماتيكي (الشكل 1.4). هنا يتم استبدال المشغل بنظام تحكم كهربائي ونظام للتأثير على المقاومة المتغيرة P. يتم إدخال المتغيرات المتغيرة P في الدائرة. 1 و ص 2، محرك عكسي RD ، مضخم إلكتروني EU ، ومخفض أحمر متصل ميكانيكيًا بمحرك ريوستات R.

ضع في اعتبارك العناصر التنظيمية الرئيسية (الشكل 1.4):

· موضوع التنظيم ، وهو المحرك ، يتم تضمين جميع العناصر الأخرى في منظم النظام ؛

· مؤشر لعملية التحكم ، وهي السرعة الزاوية ω ، بمعنى آخر. القيمة المنظمة ، والتي يمكن أن تكون ثابتة أو تتغير وفقًا لأي قانون ؛

· هيئة تنظيمية ، يتم لعب دورها بواسطة سلسلة المرساة للمحرك ، وتغيير موضعها أو حالتها ، يمكنك تغيير القيمة الخاضعة للرقابة ؛

· تنظيم العمل - الجهد في سلسلة مرساة المحرك ؛

· تحديد قيمة (تأثير) النظام - U المؤخر ؛ أي أنها كمية متناسبة أو مرتبطة وظيفيًا بالكمية الخاضعة للرقابة وتعمل على تغيير مستوى الأخيرة ؛ عبر يو المؤخر يتم تعيين قيمة محددة ω.

إذا ∆U = U المؤخر - يو الدبابير = 0 ، عندها ستأتي حالة توازن. يو الدبابير هو جهد التغذية المرتدة ، والذي يتناسب مع القيمة الخاضعة للرقابة ω. عندما يتغير ω ( بسبب التغيير في اللحظة م مع المقاومة على عمود المحرك) ، يتغير جهد التغذية المرتدة U الناتج عن مولد التاكوجينور الدبابير ، التوازن (∆U ≠ 0) مضطرب ، مما يؤدي على طول السلسلة (EU - RD - Red - R - I ovg ) لتغيير الجهد الناتج عن المولد U جي واستعادة القيمة الخاضعة للرقابة ω.

في المخطط المدروس ، يتم التحكم في القيمة الخاضعة للرقابة بطريقة نشطة ، وتسمى دائرة نقل الإشارة من الإخراج إلى مدخلات النظام التغذية المرتدة الرئيسية.

يُطلق على مبدأ التنظيم ، الذي تم تضمينه في الدائرة (الشكل 1.4) ، مبدأ التحكم عن طريق الانحراف. تحتوي الأنظمة التي تم إنشاؤها وفقًا لهذا المبدأ دائمًا على تعليقات. هذا يعني أنهم يعملون في حلقة مغلقة.

من خلال نظام التحكم الآلي للانحراف ، فإننا نعني نظامًا يتم فيه قياس انحراف القيمة الخاضعة للرقابة عن القيمة المحددة ، وكدالة لقيمة الانحراف ، يتم إنشاء إجراء تنظيم معين يقلل هذا الانحراف إلى الحد الأدنى للقيمة.

لاحظ وتذكر أن أنظمة التحكم في الانحراف يجب أن تحتوي دائمًا على تعليقات سلبية رئيسية.

مبدأ التحكم الآخر ، والذي يستخدم بشكل أقل شيوعًا في أجهزة التحكم التلقائية ، هو مبدأ التحكم في الاضطراب أو مبدأ التعويض ، بالإضافة إلى تعويض الاضطراب.

في التين. يوضح الشكل 1.5 دائرة لمولد التيار المستمر. يوضح هذا الرسم التوضيحي مبدأ التحكم في الاضطرابات. هنا يعمل المولد على حمولة متغيرة R ن ... الجهد U هو متغير قابل للتعديل. مولد EMF يتناسب مع تدفق الإثارة Φ الخامس ه جي = ك Φ الخامس .

U = E - أنا ن ص أ , (1.2)

E = U + أنا ن ص أ = أنا ن ص ن + أنا ن ص أ = أنا ن (ر أ + ر ن ) (1.3)

دعونا نفترض أنه عندما أنا الحالي ن الجهد U = U ا = const. ثم يجب استيفاء الشرط

ه = يو ا + Δ ه = يو ا + أنا ن ص أ = ك ( Φ في + ΔΦ الخامس ). (1.4)

وسائل، Δ سوف تتغير E بسبب

Φ الخامس يو ا = ك Φ في و ΔΦ الخامس = (ص أ / ك) أنا ن = ج أنا ن , (1.5)

أولئك. تغيير المتغير المتحكم فيه ΔΦ يجب أن يكون متناسبًا مع تيار الحمل I ن ... يتم استيفاء هذا الشرط بسبب اللف المركب ، والذي يعطي تدفقًا إضافيًا للإثارة Φ يضيف يتناسب مع حمل الاضطراب - التيار الأول ح ... بناءً على ذلك ، فإن اللف الرئيسي (تدفق الإثارة الرئيسي Ф الأساسية ) لإنشاء جهد أولي U س. المعنى Δ يتم تحديد E بواسطة اللف المركب. كلا الملفين يخلقان تدفقًا مغناطيسيًا كليًا Ф في.

نتيجة لتغيير الحمل الحالي أنا ح التدفق الكلي Ф في ، والجهد U ا باستمرار. هذا مثال على تنفيذ مبدأ التعويض في السيطرة ، عندما ، عند قياس الحمل (الاضطراب) ، كدالة للقيمة المقاسة ، يتم إنشاء إجراء تحكم معين ، مما يسمح للمتغير الخاضع للرقابة أن يظل ثابتًا. الأنظمة التي تعمل وفقًا لمبدأ التعويض هذا هي أنظمة ذات حلقة مفتوحة لا تحتوي على ملاحظات.

الميزة الرئيسية لهذه الأنظمة هي الأداء. في الوقت نفسه ، يحتوي النظام أيضًا على عدد من العيوب:

· نظرًا لحقيقة أن الكائن له العديد من التأثيرات المزعجة ولأنظمة التعويض ، من الضروري قياس كل تأثير مزعج بشكل منفصل ، وكوظيفة منه ، لتطوير تأثير تنظيمي ، مما يعقد النظام بشكل كبير ؛

· مشكلة قياس التأثيرات المزعجة غير الكهربائية ؛

· غموض وتعقيد اعتماد التنظيم على التأثير المزعج.

نظرًا للعيوب المشار إليها ، يتم استخدام الأنظمة المدروسة بشكل أقل كثيرًا مقارنة بالأنظمة التي تطبق مبدأ التحكم في الانحراف.

يتم الجمع بين المبدأ التنظيمي الثالث (مزيج من المبدأين الأولين). يتم استخدامه في كثير من الأحيان أقل من الأولين. المزايا والعيوب هي نفسها. الأنظمة معقدة للغاية ولم يتم تقديم دراستها بعد.

1.2 تصنيف أنظمة التحكم الآلي

وفقًا لقانون الاستنساخ (التغيير) للقيمة الخاضعة للرقابة ، تنقسم أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة إلى ثلاثة أنواع:

· أنظمة التثبيت ،

· أنظمة تنظيم البرامج،

· أنظمة التتبع.

إنها تختلف عن بعضها البعض ليس بشكل أساسي ، ولكن فقط من خلال طريقة التشغيل والبناء. لديهم نظرية مشتركة ويتم دراستهم باستخدام نفس الأساليب.

نظام التثبيت هو نظام للحفاظ على قيمة ثابتة مضبوطة. الأنظمة التي تمت مناقشتها أعلاه هي أنظمة التثبيت.

في أنظمة التحكم بالبرمجيات ، يجب أن تتغير القيمة الخاضعة للرقابة وفقًا لبرنامج محدد مسبقًا في الوقت المناسب.

نظام تتبع. هنا يتغير المتغير الخاضع للرقابة وفقًا لقانون تعسفي غير معروف. يتم تحديد القانون من خلال بعض التأثيرات الخارجية (بشكل تعسفي).

اعتمادًا على طبيعة الإجراء التنظيمي على العنصر النهائي ، تنقسم أنظمة التحكم الآلي إلى:

· أنظمة مستمرة ،

· نبض و

· تنظيم التتابع.

في أنظمة التحكم المستمر ، تكون الإشارات عند خرج جميع عناصر النظام وظائف مستمرة للإشارات عند إدخال العناصر.

تتميز أنظمة التحكم في النبض بحقيقة أنه يتم فتح حلقة التحكم وإغلاقها بجهاز خاص على فترات منتظمة. ينقسم وقت التنظيم إلى نبضات ، حيث تستمر العمليات بنفس الطريقة كما في أنظمة التنظيم المستمرة ، وإلى فترات يتوقف خلالها تأثير المنظم على النظام. تستخدم هذه المنظمات لتنظيم العمليات البطيئة (التحكم في درجة الحرارة في الأفران الصناعية ودرجة الحرارة والضغط في الغلايات).

في أنظمة التحكم في الترحيل ، يتم فتح حلقة التحكم بواسطة أحد عناصر النظام (عنصر الترحيل) ، اعتمادًا على التأثيرات الخارجية.

اعتمادًا على النتائج التي تم الحصول عليها من خلال التنظيم التلقائي ، يتم تمييز نوعين من التنظيم التلقائي:

· ثابت و

· جامد.

Static هو مثل هذا التحكم الآلي ، حيث يأخذ المتغير المتحكم به مع تأثيرات خارجية ثابتة مختلفة على كائن التحكم في نهاية العملية المؤقتة قيمًا مختلفة اعتمادًا على حجم التأثير الخارجي (على سبيل المثال ، الحمل).

في التين. 1.6 ، ويتم تقديم منظم مستوى الماء في الخزان. في منظم مستوى الماء ، مع زيادة تدفق المياه q ، ينخفض ​​المستوى ، يفتح الصمام من خلال العوامة والرافعة ، التدفق الداخل q 1 يزيد والعكس صحيح.

يحتوي نظام التحكم الساكن على الخصائص المميزة التالية:

توازن النظام ممكن عند قيم مختلفة للمتغير الخاضع للرقابة ؛

تتوافق كل قيمة للمتغير الخاضع للرقابة مع موضع محدد واحد للهيئة المنظمة.

لتنفيذ مثل هذا الاتصال بين المستشعر والمشغل ، يجب أن تتكون حلقة التحكم من ما يسمى بالروابط الثابتة ، وفي حالة التوازن ، تعتمد قيمة الخرج بشكل فريد على الإدخال:. يفسر ذلك حقيقة أن معدل تدفق المياه q يساوي معدل التدفق q1 عند مستوى محدد بدقة H. يتغير معدل التدفق ، يتغير المستوى ، سيكون معدل التدفق مساويًا لمعدل التدفق - ومرة ​​أخرى سوف يكون التوازن يأتي.

يسمى المنظم الذي يقوم بالتنظيم الثابت بالمنظم الثابت.

لتوصيف درجة الاعتماد على انحراف القيمة الخاضعة للرقابة على الحمل في نظرية التنظيم ، يتم استخدام مفهوم التفاوت ، أو دولة التنظيم.

دع الرسم البياني لاعتماد قيم الحالة المستقرة للمتغير الخاضع للرقابة x على الحمل q (خاصية التحكم) له الشكل الموضح في الشكل 1.6 ، ب (يتم إعطاء خاصية التحكم في إحداثيات محددة لمستوى الماء منظم في الخزان ؛ توجد أدناه الإحداثيات بشكل عام ، لأي وحدات تحكم ثابتة). تتوافق القيمة القصوى للقيمة المنظمة хmax مع التشغيل الخامل للكائن (بدون تحميل) ؛ الحد الأدنى للقيمة - الحمل المقنن - qnom.

لتحديد حالة التنظيم ، سنستخدم الإحداثيات النسبية:

حيث φ هي القيمة النسبية للمتغير المتحكم فيه ؛

القيمة المنظمة نفسها ؛

الحد الأدنى لقيمة المتغير المتحكم فيه (في الوضع الاسمي) ؛

و qnom - القيم الأساسية للكميات ؛

λ هي القيمة النسبية للحمل.

إذن ، عدم انتظام δ (أو الحالة) للنظام في الحالة العامة هو مشتق جزئي عند نقطة معينة (أو الانحدار النسبي لخاصية التحكم في هذه المرحلة):

إذا كانت خاصية التحكم خطية ، فستكون الحالة ثابتة لجميع قيم الحمل. ويمكن تعريفه على النحو التالي:

لا تحافظ وحدة التحكم الثابتة على قيمة ثابتة تمامًا للمتغير المتحكم فيه ، ولكن مع وجود خطأ يسمى خطأ النظام الثابت. وبالتالي ، فإن إحصائية التنظيم هي خطأ ثابت نسبي عندما يتغير الحمل من الخمول إلى الاسمي.

في بعض الأنظمة ، يكون الخطأ الثابت (حتى لو كان جزء من المئات من المائة) غير مرغوب فيه ، ثم يذهبون إلى التنظيم ، حيث يساوي الصفر - إلى التنظيم الثابت. يتم تمثيل خاصية التحكم في مثل هذا النظام بخط موازٍ لمحور التحميل.

يُطلق على التنظيم التلقائي اسم static ، وفيه ، عند القيم الثابتة المختلفة للتأثير الخارجي على الكائن ، يصبح انحراف القيمة المضبوطة عن القيمة المحددة في نهاية العملية المؤقتة صفراً.

في المنظم الاستاتيكي لمستوى الماء H في الخزان (الشكل 1.7) ، يحرك العوامة منزلق مقاومة متغيرة إلى جانب أو آخر ، اعتمادًا على تغيير المستوى من القيمة المحددة ، وبالتالي تشغيل المحرك الذي يتحكم في وضع المخمد . سيتم إيقاف تشغيل المحرك عندما يصل مستوى الماء إلى القيمة المحددة.

يتميز نظام التحكم الإستاتيكي بالسمات المميزة التالية:

يحدث توازن النظام فقط بقيمة واحدة من المتغير المتحكم فيه تساوي القيمة المعطاة ؛

المنظم لديه القدرة على شغل مناصب مختلفة بنفس قيمة الكمية المنظمة.

في أجهزة التحكم الحقيقية ، يتم استيفاء الشرط الأول ببعض الأخطاء. لتحقيق الشرط الثاني ، يتم إدخال ما يسمى بالرابط الثابت في حلقة التحكم. في المثال المعطى ، يمتلك المحرك خاصية أنه ، في حالة عدم وجود جهد كهربائي ، يكون رمحه ثابتًا في أي موضع ، وفي حالة وجود الجهد ، فإنه يدور بشكل مستمر.

اعتمادًا على مصدر الطاقة التي يتلقاها المنظم ، يتم التمييز بين

· مباشر و

· تنظيم غير مباشر.

في أنظمة التحكم المباشر ، يتم الحصول على الطاقة اللازمة لتغيير موضع عنصر التحكم من جهاز استشعار (على سبيل المثال ، منظم ثابت لمستوى الماء).

في أنظمة التحكم غير المباشرة ، يتم الحصول على الطاقة اللازمة لتحريك عنصر التحكم من مصدر خارجي (على سبيل المثال ، منظم مستوى الماء الاستاتيكي).

تنقسم أنظمة التحكم الأوتوماتيكية ذات القيم المتعددة القابلة للتعديل (على سبيل المثال ، ضغط البخار في الغلاية ، وإمداد المياه للغلاية ، والوقود وإمداد الهواء للفرن) إلى أنظمة تحكم غير مرتبطة ومتصلة.

أنظمة التنظيم غير ذات الصلة هي تلك التي لا يرتبط فيها المنظمون المصممون لتنظيم كميات مختلفة ببعضهم البعض ويمكن أن يتفاعلوا فقط من خلال هدف مشترك من التنظيم. إذا استلزم تغيير في إحدى القيم المنظمة ، في نظام من التنظيم غير ذي الصلة ، تغييرًا في القيم المنظمة الأخرى ، فإن هذا النظام يسمى "تابع" ؛ وإذا لم يحدث ذلك ، يُطلق على النظام اسم مستقل.

أنظمة التحكم المزدوجة هي تلك التي يتم فيها توصيل وحدات التحكم ذات الكميات الخاضعة للرقابة المختلفة ببعضها البعض بالإضافة إلى كائن التحكم.

يُطلق على نظام التنظيم المقترن الاستقلالية إذا كانت الاتصالات بين المنظمين المتضمنين فيه بحيث لا يؤدي التغيير في إحدى القيم الخاضعة للرقابة أثناء عملية التنظيم إلى تغيير القيم الخاضعة للرقابة المتبقية.

تسمى أنظمة التحكم الذاتي المغلقة ، التي تحتوي على تغذية مرتدة واحدة (رئيسية) ، الحلقة المفردة. تسمى أنظمة التحكم الأوتوماتيكية التي تحتوي ، بالإضافة إلى رد فعل رئيسي واحد ، أو أكثر من ردود الفعل الرئيسية أو المحلية ، على حلقات متعددة.

اعتمادًا على نوع خصائص العناصر التي تتكون منها الأنظمة ، يتم تقسيم جميع الأنظمة إلى:

· خطي و

· غير خطي.

تسمى الأنظمة الخطية الأنظمة التي تتكون فقط من عناصر ذات خصائص خطية ؛ يتم وصف العمليات العابرة في هذه العناصر بواسطة المعادلات التفاضلية الخطية.

تسمى الأنظمة التي تحتوي على عنصر واحد أو أكثر بخصائص غير خطية غير خطية ؛ يتم وصف العمليات العابرة في مثل هذه الأنظمة بواسطة المعادلات التفاضلية غير الخطية.

عند تصنيفها حسب نوع الطاقة المستخدمة ، يمكن تقسيم جميع الأنظمة إلى:

· كهربائي،

· هيدروليكي،

· هوائي،

· الكهربائية الهيدروليكية،

· الكهربائية الهوائية ، إلخ.

اعتمادًا على عدد القيم المضبوطة لنظام التحكم الآلي (ACS):

بعد واحد