Υπουργείο Επαγγελματικής Εκπαίδευσης

Τομσκ Πολυτεχνείο

Skorospeshkin M.V.

Βασικές αρχές αυτοματισμού βιομηχανικών διεργασιών

Σημειώσεις διάλεξης

Μέρος 1. Θεωρία Αυτόματου Ελέγχου (TAU)

1. Βασικοί όροι και ορισμοί του TAU.

1.1. ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ.

Τα συστήματα ελέγχου των σύγχρονων τεχνολογικών διαδικασιών χαρακτηρίζονται από μεγάλο αριθμό τεχνολογικών παραμέτρων, ο αριθμός των οποίων μπορεί να φτάσει αρκετές χιλιάδες. Για να διατηρηθεί ο απαιτούμενος τρόπος λειτουργίας, και τελικά η ποιότητα των προϊόντων, όλες αυτές οι ποσότητες πρέπει να διατηρούνται σταθερές ή να αλλάζουν σύμφωνα με έναν συγκεκριμένο νόμο.

Τα φυσικά μεγέθη που καθορίζουν την πορεία της τεχνολογικής διαδικασίας ονομάζονται παραμέτρους διαδικασίας . Για παράδειγμα, οι παράμετροι διεργασίας μπορεί να είναι: θερμοκρασία, πίεση, ροή, τάση κ.λπ.

Η παράμετρος της τεχνολογικής διαδικασίας, η οποία πρέπει να διατηρηθεί σταθερή ή να αλλάξει σύμφωνα με έναν ορισμένο νόμο, ονομάζεται ελεγχόμενη μεταβλητήή ρυθμιζόμενη παράμετρος .

Η τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής την εξεταζόμενη χρονική στιγμή ονομάζεται στιγμιαία αξία .

Η τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής που λαμβάνεται τη δεδομένη χρονική στιγμή με βάση τα δεδομένα μιας συγκεκριμένης συσκευής μέτρησης ονομάζεται μετρούμενη τιμή .

Παράδειγμα 1Σχέδιο χειροκίνητου ελέγχου της θερμοκρασίας του θαλάμου στεγνώματος.

Απαιτείται η χειροκίνητη διατήρηση της θερμοκρασίας στο ντουλάπι στεγνώματος στο επίπεδο T ass.

Ο ανθρώπινος χειριστής, ανάλογα με τις μετρήσεις του υδραργύρου θερμομέτρου RT, ενεργοποιεί ή απενεργοποιεί το θερμαντικό στοιχείο H χρησιμοποιώντας το διακόπτη μαχαιριού P. 

Με βάση αυτό το παράδειγμα, μπορείτε να εισαγάγετε ορισμούς:

Αντικείμενο ελέγχου (αντικείμενο ρύθμισης, ΛΣ) - μια συσκευή, ο απαιτούμενος τρόπος λειτουργίας της οποίας πρέπει να υποστηρίζεται από έξω από ειδικά οργανωμένες ενέργειες ελέγχου.

Ελεγχος – σχηματισμός ενεργειών ελέγχου που παρέχουν τον απαιτούμενο τρόπο λειτουργίας του ΛΣ.

Κανονισμός λειτουργίας - ένα συγκεκριμένο είδος ελέγχου, όταν το καθήκον είναι να διασφαλιστεί η σταθερότητα οποιασδήποτε τιμής εξόδου του ΛΣ.

Αυτόματος έλεγχος - διαχείριση που πραγματοποιείται χωρίς την άμεση συμμετοχή ατόμου.

Ενέργεια εισαγωγής (Χ)– κρούση που εφαρμόζεται στην είσοδο του συστήματος ή της συσκευής.

Ενέργεια εξόδου (Υ) - την κρούση που εκδίδεται στην έξοδο του συστήματος ή της συσκευής.

Εξωτερική επιρροή - η επίδραση του εξωτερικού περιβάλλοντος στο σύστημα.

Το μπλοκ διάγραμμα του συστήματος ελέγχου για το παράδειγμα 1 φαίνεται στην εικ. 1.2.

Παράδειγμα 2Σχέδιο αυτόματου ελέγχου θερμοκρασίας του θαλάμου στεγνώματος.

Το κύκλωμα χρησιμοποιεί ένα θερμόμετρο υδραργύρου με επαφές RTK. Όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο, οι επαφές κλείνουν από μια στήλη υδραργύρου, το πηνίο του στοιχείου ρελέ RE διεγείρεται και το κύκλωμα θέρμανσης H ανοίγει από την επαφή RE. Όταν η θερμοκρασία πέσει, οι επαφές του θερμομέτρου ανοίγουν, το ρελέ απενεργοποιείται, επαναλαμβάνοντας την παροχή ενέργειας στο αντικείμενο (βλ. Εικ. 1.3). 

R
είναι. 1.3

Παράδειγμα 3Σχέδιο θερμοκρασίας ACP με γέφυρα μέτρησης.

Όταν η θερμοκρασία του αντικειμένου είναι ίση με την καθορισμένη, η γέφυρα μέτρησης M (βλ. Εικ. 1.4) είναι ισορροπημένη, η είσοδος του ηλεκτρονικού ενισχυτή του EI δεν λαμβάνει σήμα και το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία. Όταν η θερμοκρασία αποκλίνει, η αντίσταση του θερμίστορ R T αλλάζει και η ισορροπία της γέφυρας διαταράσσεται. Στην είσοδο ED εμφανίζεται μια τάση, η φάση της οποίας εξαρτάται από το πρόσημο της απόκλισης θερμοκρασίας από την καθορισμένη. Η τάση που ενισχύεται στην ΕΕ παρέχεται στον κινητήρα D, ο οποίος κινεί τον κινητήρα του αυτομετασχηματιστή ΑΤ προς την κατάλληλη κατεύθυνση. Όταν η θερμοκρασία φτάσει στο σημείο ρύθμισης, η γέφυρα θα ισορροπήσει και ο κινητήρας θα σβήσει.

(άσκηση)

Η τιμή του σημείου ρύθμισης θερμοκρασίας ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας την αντίσταση Rset. 

Με βάση τα παραδείγματα που περιγράφονται, είναι δυνατός ο προσδιορισμός ενός τυπικού δομικού διαγράμματος ενός ASR ενός βρόχου (βλ. Εικ. 1.5). Αποδεκτοί χαρακτηρισμοί:

x - ενέργεια ρύθμισης (εργασία), e \u003d x - y - σφάλμα ελέγχου, u - ενέργεια ελέγχου, f - ενοχλητική ενέργεια (διαταραχή).

Ορισμοί:

Ρύθμιση επιρροής (το ίδιο με την ενέργεια εισόδου X) - ο αντίκτυπος στο σύστημα που καθορίζει τον απαιτούμενο νόμο αλλαγής της ελεγχόμενης μεταβλητής).

Δράση ελέγχου (u) - επιρροή της συσκευής ελέγχου στο αντικείμενο ελέγχου.

συσκευή ελέγχου (CU) - μια συσκευή που επηρεάζει το αντικείμενο ελέγχου για να εξασφαλίσει τον απαιτούμενο τρόπο λειτουργίας.

Ενοχλητική επιρροή (στ) - μια ενέργεια που τείνει να σπάσει την απαιτούμενη λειτουργική σχέση μεταξύ της ενέργειας ρύθμισης και της ελεγχόμενης τιμής.

Σφάλμα ελέγχου (e = x - y) - η διαφορά μεταξύ των προδιαγεγραμμένων (x) και των πραγματικών (y) τιμών της ελεγχόμενης μεταβλητής.

Ρυθμιστής (P) - ένα σύνολο συσκευών που συνδέονται με ένα ρυθμιζόμενο αντικείμενο και παρέχουν αυτόματη διατήρηση της καθορισμένης τιμής της ρυθμιζόμενης τιμής του ή αυτόματη αλλαγή αυτής σύμφωνα με έναν ορισμένο νόμο.

Αυτόματο σύστημα ελέγχου (ACP) - ένα αυτόματο σύστημα με κλειστό κύκλωμα επιρροής, στο οποίο ο έλεγχος (u) δημιουργείται ως αποτέλεσμα της σύγκρισης της πραγματικής τιμής του y με μια δεδομένη τιμή του x.

Μια πρόσθετη σύνδεση στο μπλοκ διάγραμμα του ACP, που κατευθύνεται από την έξοδο στην είσοδο του εξεταζόμενου τμήματος της αλυσίδας επιρροών, ονομάζεται ανάδραση (FB). Η ανατροφοδότηση μπορεί να είναι αρνητική ή θετική.

Η αυτοματοποίηση των διαδικασιών παραγωγής είναι η κύρια κατεύθυνση προς την οποία προχωρά η παραγωγή σε όλο τον κόσμο. Όλα όσα προηγουμένως εκτελούσε ο ίδιος ο άνθρωπος, οι λειτουργίες του, όχι μόνο σωματικές, αλλά και πνευματικές, σταδιακά μετακινούνται στην τεχνολογία, η οποία η ίδια εκτελεί τεχνολογικούς κύκλους και ασκεί έλεγχο πάνω τους. Αυτή είναι πλέον η γενική πορεία των σύγχρονων τεχνολογιών. Ο ρόλος ενός ατόμου σε πολλές βιομηχανίες έχει ήδη περιοριστεί σε έναν μόνο ελεγκτή για έναν αυτόματο ελεγκτή.

Γενικά, η έννοια του "έλεγχος διαδικασίας" νοείται ως ένα σύνολο λειτουργιών που είναι απαραίτητες για την έναρξη, τη διακοπή της διαδικασίας, καθώς και τη διατήρηση ή αλλαγή φυσικών ποσοτήτων (δείκτες διαδικασίας) προς την απαιτούμενη κατεύθυνση. Μεμονωμένα μηχανήματα, μονάδες, συσκευές, συσκευές, συγκροτήματα μηχανών και συσκευές που πρέπει να ελέγχονται, που εκτελούν τεχνολογικές διαδικασίες, ονομάζονται αντικείμενα ελέγχου ή ελεγχόμενα αντικείμενα στον αυτοματισμό. Τα διαχειριζόμενα αντικείμενα είναι πολύ διαφορετικά ως προς τον σκοπό τους.

Αυτοματοποίηση τεχνολογικών διαδικασιών- αντικατάσταση της σωματικής εργασίας ενός ατόμου που δαπανάται για τον έλεγχο μηχανισμών και μηχανών με τη λειτουργία ειδικών συσκευών που παρέχουν αυτόν τον έλεγχο (ρύθμιση διαφόρων παραμέτρων, απόκτηση δεδομένης παραγωγικότητας και ποιότητας προϊόντος χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση).

Η αυτοματοποίηση των διαδικασιών παραγωγής επιτρέπει πολλές φορές την αύξηση της παραγωγικότητας της εργασίας, τη βελτίωση της ασφάλειάς της, τη φιλικότητα προς το περιβάλλον, τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και την πιο ορθολογική χρήση των πόρων παραγωγής, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου δυναμικού.

Κάθε τεχνολογική διαδικασία δημιουργείται και πραγματοποιείται για συγκεκριμένο σκοπό. Κατασκευή τελικών προϊόντων ή για να ληφθεί ένα ενδιάμεσο αποτέλεσμα. Ο σκοπός λοιπόν της αυτοματοποιημένης παραγωγής μπορεί να είναι η διαλογή, η μεταφορά, η συσκευασία προϊόντων. Η αυτοματοποίηση της παραγωγής μπορεί να είναι πλήρης, πολύπλοκη και μερική.

Μερικός αυτοματισμόςσυμβαίνει όταν μια λειτουργία ή ένας ξεχωριστός κύκλος παραγωγής εκτελείται σε αυτόματη λειτουργία. Στην περίπτωση αυτή επιτρέπεται περιορισμένη ανθρώπινη συμμετοχή. Τις περισσότερες φορές, ο μερικός αυτοματισμός συμβαίνει όταν η διαδικασία είναι πολύ γρήγορη για να συμμετέχει πλήρως το ίδιο το άτομο σε αυτήν, ενώ μάλλον πρωτόγονες μηχανικές συσκευές που οδηγούνται από ηλεκτρικό εξοπλισμό κάνουν εξαιρετική δουλειά με αυτήν.

Ο μερικός αυτοματισμός, κατά κανόνα, χρησιμοποιείται σε υπάρχοντα εξοπλισμό και αποτελεί προσθήκη σε αυτόν. Ωστόσο, παρουσιάζει τη μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα όταν περιλαμβάνεται αρχικά στο συνολικό σύστημα αυτοματισμού - αναπτύσσεται αμέσως, κατασκευάζεται και εγκαθίσταται ως αναπόσπαστο μέρος του.

Ενσωματωμένος αυτοματισμόςθα πρέπει να καλύπτει ένα ξεχωριστό μεγάλο εργοτάξιο παραγωγής, μπορεί να είναι ένα ξεχωριστό εργαστήριο, μονάδα παραγωγής ενέργειας. Στην περίπτωση αυτή, όλη η παραγωγή λειτουργεί με τον τρόπο ενός ενιαίου διασυνδεδεμένου αυτοματοποιημένου συγκροτήματος. Η σύνθετη αυτοματοποίηση των διαδικασιών παραγωγής δεν συνιστάται πάντα. Το πεδίο εφαρμογής του είναι η σύγχρονη εξαιρετικά ανεπτυγμένη παραγωγή, η οποία χρησιμοποιεί εξαιρετικάαξιόπιστο εξοπλισμό.

Η βλάβη ενός από τα μηχανήματα ή τις μονάδες διακόπτει αμέσως ολόκληρο τον κύκλο παραγωγής. Μια τέτοια παραγωγή θα πρέπει να έχει αυτορρύθμιση και αυτοοργάνωση, η οποία πραγματοποιείται σύμφωνα με ένα πρόγραμμα που δημιουργήθηκε προηγουμένως. Ταυτόχρονα, ένα άτομο συμμετέχει στη διαδικασία παραγωγής μόνο ως μόνιμος ελεγκτής, παρακολουθώντας την κατάσταση ολόκληρου του συστήματος και των επιμέρους τμημάτων του, παρεμβαίνει στην παραγωγή για εκκίνηση και σε περίπτωση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης ή απειλής ένα τέτοιο περιστατικό.

Το υψηλότερο επίπεδο αυτοματοποίησης των διαδικασιών παραγωγής - πλήρη αυτοματισμό. Με αυτό, το ίδιο το σύστημα πραγματοποιεί όχι μόνο τη διαδικασία παραγωγής, αλλά και τον πλήρη έλεγχο σε αυτήν, ο οποίος πραγματοποιείται από συστήματα αυτόματου ελέγχου. Ο πλήρης αυτοματισμός έχει νόημα σε οικονομικά αποδοτική, βιώσιμη παραγωγή με καθιερωμένες διαδικασίες με σταθερό τρόπο λειτουργίας.

Όλες οι πιθανές αποκλίσεις από τον κανόνα πρέπει να προβλεφθούν εκ των προτέρων και να αναπτυχθούν συστήματα προστασίας έναντι αυτών. Επίσης, ο πλήρης αυτοματισμός είναι απαραίτητος για εργασίες που μπορούν να απειλήσουν την ανθρώπινη ζωή, την υγεία ή να εκτελούνται σε μέρη απρόσιτα σε αυτόν - κάτω από το νερό, σε ένα επιθετικό περιβάλλον, στο διάστημα.

Κάθε σύστημα αποτελείται από στοιχεία που εκτελούν συγκεκριμένες λειτουργίες. Σε ένα αυτοματοποιημένο σύστημα, οι αισθητήρες λαμβάνουν μετρήσεις και τις μεταδίδουν για να λάβουν μια απόφαση σχετικά με τον έλεγχο του συστήματος, η εντολή εκτελείται ήδη από τη μονάδα δίσκου.Τις περισσότερες φορές, πρόκειται για ηλεκτρικό εξοπλισμό, καθώς με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος είναι πιο σκόπιμο να εκτελούνται εντολές.

Είναι απαραίτητο να διαχωριστεί το αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχου και το αυτόματο. Στο αυτοματοποιημένο σύστημα ελέγχουοι αισθητήρες μεταδίδουν μετρήσεις στο τηλεχειριστήριο στον χειριστή και αυτός, έχοντας ήδη λάβει μια απόφαση, μεταδίδει μια εντολή στον εκτελεστικό εξοπλισμό. Στο αυτόματο σύστημα- το σήμα αναλύεται ήδη από ηλεκτρονικές συσκευές, αφού λάβουν απόφαση, δίνουν εντολή στις συσκευές εκτέλεσης.

Η ανθρώπινη συμμετοχή στα αυτόματα συστήματα εξακολουθεί να είναι απαραίτητη, αν και ως ελεγκτής. Έχει τη δυνατότητα να παρέμβει στη διαδικασία ανά πάσα στιγμή, να τη διορθώσει ή να τη σταματήσει.

Έτσι, ο αισθητήρας θερμοκρασίας μπορεί να αποτύχει και να δώσει λανθασμένες ενδείξεις. Η Electronics σε αυτή την περίπτωση, θα αντιληφθεί τα δεδομένα της ως αξιόπιστα, χωρίς να τα αμφισβητήσει.

Το ανθρώπινο μυαλό είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από τις δυνατότητες των ηλεκτρονικών συσκευών, αν και είναι κατώτερο από αυτά όσον αφορά την ταχύτητα απόκρισης. Ο χειριστής μπορεί να αναγνωρίσει ότι ο αισθητήρας είναι ελαττωματικός, να αξιολογήσει τους κινδύνους και απλώς να τον απενεργοποιήσει χωρίς να διακόψει τη διαδικασία. Ταυτόχρονα, πρέπει να είναι απόλυτα σίγουρος ότι αυτό δεν θα οδηγήσει σε ατύχημα. Για να πάρει μια απόφαση, τον βοηθάει η εμπειρία και η διαίσθηση, απρόσιτα για τις μηχανές.

Μια τέτοια στοχευμένη παρέμβαση σε αυτόματα συστήματα δεν εγκυμονεί σοβαρούς κινδύνους εάν η απόφαση ληφθεί από επαγγελματία. Ωστόσο, η απενεργοποίηση όλων των αυτοματισμών και η αλλαγή του συστήματος σε λειτουργία χειροκίνητου ελέγχου είναι γεμάτη με σοβαρές συνέπειες λόγω του γεγονότος ότι ένα άτομο δεν μπορεί να ανταποκριθεί γρήγορα σε μια αλλαγή της κατάστασης.

Κλασικό παράδειγμα είναι το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό του Τσερνομπίλ, το οποίο έγινε η μεγαλύτερη ανθρωπογενής καταστροφή του περασμένου αιώνα. Συνέβη ακριβώς λόγω του τερματισμού της αυτόματης λειτουργίας, όταν τα προγράμματα που είχαν ήδη αναπτυχθεί για την πρόληψη ατυχημάτων δεν μπορούσαν να επηρεάσουν την εξέλιξη της κατάστασης στον αντιδραστήρα του εργοστασίου.

Η αυτοματοποίηση των επιμέρους διαδικασιών ξεκίνησε στη βιομηχανία ήδη από τον δέκατο ένατο αιώνα.Αρκεί να θυμηθούμε τον αυτόματο φυγόκεντρο ρυθμιστή της Watt για ατμομηχανές. Αλλά μόνο με την έναρξη της βιομηχανικής χρήσης της ηλεκτρικής ενέργειας κατέστη δυνατή μια ευρύτερη αυτοματοποίηση όχι μεμονωμένων διαδικασιών, αλλά ολόκληρων τεχνολογικών κύκλων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι πριν από αυτό, η μηχανική δύναμη μεταδόθηκε σε εργαλειομηχανές χρησιμοποιώντας κιβώτια ταχυτήτων και κινητήρες.

Η συγκεντρωτική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και η χρήση της στη βιομηχανία, σε γενικές γραμμές, ξεκίνησε μόλις τον εικοστό αιώνα - πριν από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο, όταν κάθε μηχανή ήταν εξοπλισμένη με τον δικό της ηλεκτρικό κινητήρα. Ήταν αυτή η περίσταση που κατέστησε δυνατή τη μηχανοποίηση όχι μόνο της ίδιας της διαδικασίας παραγωγής στη μηχανή, αλλά και τη μηχανοποίηση του ελέγχου της. Αυτό ήταν το πρώτο βήμα προς τη δημιουργία αυτόματες μηχανές. Τα πρώτα δείγματα του οποίου εμφανίστηκαν ήδη στις αρχές της δεκαετίας του 1930. Τότε προέκυψε ο ίδιος ο όρος «αυτοματοποιημένη παραγωγή».

Στη Ρωσία, τότε στην ΕΣΣΔ, τα πρώτα βήματα προς αυτή την κατεύθυνση έγιναν στις δεκαετίες του '30 και του '40 του περασμένου αιώνα. Για πρώτη φορά, αυτόματες μηχανές χρησιμοποιήθηκαν στην παραγωγή εξαρτημάτων ρουλεμάν. Στη συνέχεια ήρθε η πρώτη στον κόσμο πλήρως αυτοματοποιημένη παραγωγή εμβόλων για κινητήρες τρακτέρ.

Οι τεχνολογικοί κύκλοι συνδυάστηκαν σε μια ενιαία αυτοματοποιημένη διαδικασία που ξεκίνησε με τη φόρτωση των πρώτων υλών και ολοκληρώθηκε με τη συσκευασία των τελικών εξαρτημάτων. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω της ευρείας χρήσης του σύγχρονου ηλεκτρικού εξοπλισμού εκείνη την εποχή, των διαφόρων ρελέ, των απομακρυσμένων διακοπτών και φυσικά των μονάδων δίσκου.

Και μόνο η εμφάνιση των πρώτων ηλεκτρονικών υπολογιστών κατέστησε δυνατή την επίτευξη ενός νέου επιπέδου αυτοματισμού. Τώρα η τεχνολογική διαδικασία έχει πάψει να θεωρείται απλώς ένα σύνολο μεμονωμένων λειτουργιών που πρέπει να εκτελεστούν με μια συγκεκριμένη σειρά για να ληφθεί ένα αποτέλεσμα. Τώρα η όλη διαδικασία έχει γίνει μία.

Επί του παρόντος, τα συστήματα αυτόματου ελέγχου όχι μόνο οδηγούν τη διαδικασία παραγωγής, αλλά και την ελέγχουν, παρακολουθούν την εμφάνιση καταστάσεων έκτακτης ανάγκης και έκτακτης ανάγκης.Ξεκινούν και σταματούν τον τεχνολογικό εξοπλισμό, παρακολουθούν υπερφορτώσεις, εξασκούνται σε ενέργειες σε περίπτωση ατυχήματος.

Πρόσφατα, τα συστήματα αυτόματου ελέγχου καθιστούν αρκετά εύκολη την ανακατασκευή εξοπλισμού για την παραγωγή νέων προϊόντων. Αυτό είναι ήδη ένα ολόκληρο σύστημα, που αποτελείται από ξεχωριστά αυτόματα συστήματα πολλαπλών λειτουργιών συνδεδεμένα σε έναν κεντρικό υπολογιστή, ο οποίος τα συνδέει σε ένα ενιαίο δίκτυο και εκδίδει εργασίες για εκτέλεση.

Κάθε υποσύστημα είναι ένας ξεχωριστός υπολογιστής με το δικό του λογισμικό σχεδιασμένο να εκτελεί τις δικές του εργασίες. Είναι ήδη ευέλικτες μονάδες παραγωγής.Ονομάζονται ευέλικτα επειδή μπορούν να διαμορφωθούν εκ νέου σε άλλες τεχνολογικές διαδικασίες και έτσι να επεκτείνουν την παραγωγή, να την επαληθεύσουν.

Η κορυφή της αυτοματοποιημένης παραγωγής είναι. Ο αυτοματισμός έχει διαποτίσει την παραγωγή από πάνω προς τα κάτω. Αυτόματη γραμμή μεταφοράς για την παράδοση πρώτων υλών για παραγωγή. Αυτοματοποιημένη διαχείριση και σχεδιασμός. Η ανθρώπινη εμπειρία και ευφυΐα χρησιμοποιούνται μόνο όπου δεν μπορούν να αντικατασταθούν από ηλεκτρονικά.

Εισαγωγή ( Βασικές αρχές αυτοματοποίησης διαδικασιών)

Επί του παρόντος, υπάρχει μια ταχεία ανάπτυξη στην παραγωγή και χρήση μηχανών και συσκευών αυτόνομης δράσης, αύξηση του αριθμού των διαδικασιών παραγωγής που πραγματοποιούνται σύμφωνα με τον τύπο της μη επανδρωμένης τεχνολογίας. Διάφορες αυτόματες συσκευές διεισδύουν σε όλους τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας, συμπεριλαμβανομένης της επιστήμης, της παραγωγής και της καθημερινής ζωής. Για έναν μηχανικό οποιασδήποτε ειδικότητας έχει καταστεί απαραίτητο να εξοικειωθεί με τις θεωρητικές βάσεις και τις πρακτικές εφαρμογές του αυτοματισμού σε σχέση με τα επαγγελματικά του ενδιαφέροντα. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς που ειδικεύονται στον τομέα της αυτοματοποιημένης ηλεκτρικής κίνησης, καθώς το μεγαλύτερο μέρος της επαγγελματικής τους δραστηριότητας συνίσταται στη δημιουργία εξοπλισμού για την αυτοματοποίηση διαφόρων τεχνολογικών διαδικασιών, την προσαρμογή και τη λειτουργία του σε συνθήκες παραγωγής.

Η συνήθης πορεία αυτοματοποίησης των τεχνολογικών διαδικασιών βασίζεται στην τεχνολογία μιας συγκεκριμένης παραγωγής: μηχανουργική, μεταλλουργική, χημική, κλωστοϋφαντουργία κ.λπ. Αφιερώνει πολύ χώρο σε στοιχεία που είναι πολύ σημαντικά για τους ειδικούς στα σχετικά βιομηχανίες, αλλά όχι τόσο σημαντικό για τους μηχανικούς που εργάζονται στον τομέα της δημιουργίας και λειτουργίας συστημάτων ελέγχου εξοπλισμού διαδικασιών. Είναι σημαντικό για τους ειδικούς στην αυτοματοποιημένη ηλεκτρική κίνηση να έχουν μια ιδέα για τις γενικές εργασίες που επιλύει ο αυτοματισμός στη σύγχρονη εξαιρετικά μηχανοποιημένη και αυτοματοποιημένη παραγωγή, για τη θέση της ηλεκτρικής κίνησης στα συστήματα αυτοματισμού. Πρέπει να μάθουν τα βασικά της θεωρίας της αυτοματοποίησης των τεχνολογικών διαδικασιών και να μάθουν πώς να επιλύουν απλά τεχνικά προβλήματα που σχετίζονται με το σχεδιασμό, την επιλογή υλικού για αυτοματοποιημένα συστήματα, την ανάπτυξη αλγορίθμων και λογισμικού για τη λειτουργία τους υπό συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας.

Ορος αυτοματοποίησηαναφέρεται σε μια πολύ ευρεία κατηγορία παραγωγικών διαδικασιών και άλλων συστημάτων για την οργάνωση της εργασίας και άλλων ανθρώπινων δραστηριοτήτων, στα οποία μεταφέρεται σημαντικός αριθμός εργασιών που σχετίζονται με τις διαδικασίες απόκτησης, μετατροπής, μεταφοράς και χρήσης ενέργειας, υλικών και ειδικότερα πληροφοριών. εξειδικευμένες τεχνικές συσκευές, εργαλεία μηχανοποίησης και μηχανήματα ελέγχου. Οι αυτοματοποιημένες διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της διαχείρισης, της ρύθμισης και (εν μέρει) του ελέγχου τους, προχωρούν αυτόνομα, σύμφωνα με πρόγραμμα που έχει προετοιμαστεί εκ των προτέρων και έχει καταχωρηθεί σε ειδικό φορέα προγράμματος, ώστε να μην υπάρχει ανάγκη άμεσης ανθρώπινης συμμετοχής στην κανονική τους λειτουργία. Μόνο οι λειτουργίες του γενικού ελέγχου και, εάν είναι απαραίτητο, της επισκευής και της προσαρμογής παραμένουν στο μερίδιο του προσωπικού συντήρησης. Η εκμηχάνιση, η οποία συνίσταται στην αντικατάσταση της χειρωνακτικής εργασίας, της ανθρώπινης σωματικής προσπάθειας με τη λειτουργία μηχανών, είναι απαραίτητο στοιχείο του αυτοματισμού. Σε αντίθεση με την απλή μηχανοποίηση, ο αυτοματισμός περιλαμβάνει απαραιτήτως τη μεταφορά σε μηχανές ελέγχου λειτουργιών για τη διαχείριση και οργάνωση μιας αυτοματοποιημένης διαδικασίας σύμφωνα με έναν στόχο που είχε προηγουμένως διατυπωθεί και, ενδεχομένως, βελτιωθεί κατά την υλοποίηση της διαδικασίας. Οι στόχοι του αυτοματισμού είναι πολλαπλοί. Μπορούν να περιλαμβάνουν την επίλυση προβλημάτων αύξησης της παραγωγικότητας και της αποδοτικότητας της εργασίας, τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων, τη βελτιστοποίηση της διαχείρισης, τη διασφάλιση της ασφάλειας της ανθρώπινης εργασιακής δραστηριότητας, την προστασία του περιβάλλοντος κ.λπ.

Οι στόχοι του αυτοματισμού πραγματοποιούνται με τη βοήθεια του αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου(ACS), το ACS είναι ένα σύνολο μαθηματικών μεθόδων, τεχνικών μέσων (τα κυριότερα είναι υπολογιστές και άλλες συσκευές μικροεπεξεργαστή), το λογισμικό τους και τα οργανωτικά συγκροτήματα που παρέχουν έλεγχο και παρακολούθηση των παραμέτρων αυτοματοποιημένων αντικειμένων σύμφωνα με τον στόχο της αυτόνομης λειτουργία. Τα αντικείμενα αυτοματισμού περιλαμβάνουν:

τεχνολογικές, ενεργειακές, μεταφορικές και άλλες διαδικασίες παραγωγής·

σχεδιασμός διαφόρων μονάδων και μηχανημάτων, πλοίων, κτιρίων και άλλων κατασκευών, βιομηχανικών συγκροτημάτων.

οργάνωση, σχεδιασμός και διαχείριση εντός εργαστηρίου, επιχείρησης, εργοταξίου, στρατιωτικής μονάδας κ.λπ.

επιστημονική και τεχνική έρευνα, ιατρική διάγνωση, λογιστική και επεξεργασία στατιστικών δεδομένων, προγραμματισμός, οικιακές συσκευές, συστήματα ασφαλείας κ.λπ.

Από όλη την αναφερόμενη ποικιλία αυτοματοποιημένων αντικειμένων, θα εξετάσουμε μόνο τις τεχνολογικές διαδικασίες της βιομηχανικής παραγωγής. Κατά την αυτοματοποίηση του τελευταίου, οι λειτουργίες ελέγχου και παρακολούθησης που εκτελούνταν προηγουμένως από ένα άτομο μεταφέρονται σε συσκευές και όργανα αυτόματου ελέγχου. Ταυτόχρονα, βελτιώνεται η εκμηχάνιση των επιμέρους εργασιών. Συσκευές ελέγχου, λήψη πληροφοριών μέσω καναλιών ανάδρασης σχετικά με αλλαγές σε ελεγχόμενες παραμέτρους, όπως διαστάσεις τεμαχίων εργασίας, ταχύτητα επεξεργασίας, θερμοκρασία, μορφή, σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα επεξεργασίας, σήματα ελέγχου που διασφαλίζουν την εκτέλεση του προγράμματος επεξεργασίας στον βέλτιστο τρόπο λειτουργίας .

Το πρώτο κεφάλαιο πραγματεύεται γενικά θέματα αυτοματοποίησης τεχνολογικών διαδικασιών, τις κύριες λειτουργίες και τη δομή του συστήματος ελέγχου διεργασιών. Δεδομένου ότι η διαχείριση της τεχνολογικής διαδικασίας καθίσταται δυνατή χάρη σε διεργασίες πληροφοριών που διαμορφώνονται παράλληλα με την τρέχουσα τεχνική διαδικασία, το δεύτερο κεφάλαιο εξετάζει τα στοιχεία της θεωρίας της πληροφορίας σε σχέση με τη διαμόρφωση των διαδικασιών διαχείρισης πληροφοριών. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται εδώ στα θέματα κωδικοποίησης πληροφοριών σε δυαδικούς κώδικες, καθώς αυτοί οι κωδικοί αποτελούν τη βάση για τη λειτουργία όλων των σύγχρονων συσκευών ελέγχου. Το κεφάλαιο τελειώνει με μια εξέταση τρόπων οργάνωσης της ανταλλαγής πληροφοριών μέσω της μετάδοσής της μέσω καναλιών επικοινωνίας στο πλαίσιο του συστήματος ελέγχου διαδικασίας.

Η κατασκευή ενός αυτοματοποιημένου συστήματος ελέγχου διεργασιών είναι αδύνατη χωρίς επαρκώς ακριβή και λεπτομερή περιγραφή των ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών ενός ελεγχόμενου τεχνολογικού αντικειμένου (TO). Επομένως, το τρίτο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στην παρουσίαση αναλυτικών και πειραματικών μεθόδων για τη δημιουργία ενός μοντέλου TO που αντικατοπτρίζει τις υποδεικνυόμενες ιδιότητες και χαρακτηριστικά.

Την κεντρική θέση στο σχολικό βιβλίο καταλαμβάνουν τα κεφάλαια 4 και 5, αφιερωμένα σε μεθόδους ανάλυσης και σύνθεσης αλγορίθμων ελέγχου για συστήματα ελέγχου διεργασιών. Οι αλγόριθμοι ελέγχου εμφανίζουν τις προγραμματισμένες μεθόδους για την επίλυση των εργασιών του συστήματος ελέγχου διεργασίας για τη σταθεροποίηση και τον έλεγχο του προγράμματος των παραμέτρων και των τρόπων συντήρησης, γεγονός που διασφαλίζει τη ροή των τεχνικών διαδικασιών σύμφωνα με το καθορισμένο κριτήριο βελτιστοποίησης. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην εξέταση μεθόδων βελτιστοποίησης των τρόπων λειτουργίας του TO με γραμμικά και μη γραμμικά χαρακτηριστικά και στη δημιουργία μπλοκ διαγραμμάτων αλγορίθμων ελέγχου. Τα τελευταία αποτελούν τη βάση για τη δημιουργία προγραμμάτων ελέγχου στη διαδικασία προγραμματισμού του υλικού των συστημάτων αυτοματισμού.

Το έκτο κεφάλαιο επισημαίνει τα στάδια σχεδιασμού του συστήματος ελέγχου διεργασιών, ξεκινώντας από την επιλογή των απαραίτητων τεχνικών μέσων για την κατασκευή του συστήματος ελέγχου διεργασίας, την ανάπτυξη των όρων αναφοράς και τελειώνοντας με τον λεπτομερή σχεδιασμό. Συμπερασματικά, στο έβδομο κεφάλαιο, ενδεικτικά, εξετάζονται τα θέματα των συστημάτων αυτοματισμού κτιρίων στη μηχανολογία βασισμένα σε CNC και προγραμματιζόμενους λογικούς ελεγκτές.

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Κεφάλαιο 1

1.1 Βασικές έννοιες και ορισμοί της θεωρίας του αυτόματου ελέγχου

1.1 Ρυθμιστικές αρχές

1.3 Αλγόριθμος (νόμος) ρύθμισης5

1.4 Βασικές απαιτήσεις για συστήματα αυτόματου ελέγχου

2 Συναρτήσεις μεταφοράς γραμμικού συστήματος. Τα μπλοκ διαγράμματα και οι μετασχηματισμοί τους

3 Στατική συστημάτων αυτόματου ελέγχου

3.1 Στατικά χαρακτηριστικά στοιχείων και συνδέσμων ATS

3.2 Στατικά χαρακτηριστικά σύνδεσης συνδέσμων

4 Η έννοια της ευστάθειας συστημάτων αυτόματου ελέγχου

Κεφάλαιο 2. ΜΕΤΡΟΛΟΓΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΕΧΝΙΚΩΝ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ

2.1 Βασικοί μετρολογικοί όροι και ορισμοί. Η έννοια της μέτρησης

2 Τύποι οργάνων μέτρησης (SI)

3 Συστήματα και μονάδες φυσικών μεγεθών

4 Μετρολογικά χαρακτηριστικά οργάνων μέτρησης. Αποφοίτηση και έλεγχος οργάνων μέτρησης

Κεφάλαιο 3. ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΙ ΜΗΧΑΝΙΚΟΙ ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ

3.1 Γραμμικοί και γωνιακοί κωδικοποιητές

2 Αισθητήρες δύναμης

3 αισθητήρες ταχύτητας

Κεφάλαιο 4. ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΚΥΡΙΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ

4.1 Ηλεκτρικές μέθοδοι μέτρησης

2 Μέθοδοι και μέσα μέτρησης της θερμοκρασίας

3 Μέθοδοι και μέσα μέτρησης στάθμης

4 Μέθοδοι και μέσα μέτρησης της πίεσης

4.1 Μέθοδοι μετρήσεων άμεσης πίεσης

4.2 Μέθοδοι για έμμεσες μετρήσεις πίεσης

5 Μέθοδοι και μέσα μέτρησης της ροής

5.1 Μετρητές μεταβλητής πίεσης

5.2 Μετρητές σταθερής διαφορικής πίεσης

5.3 Ηλεκτρομαγνητικά ροόμετρα

5.4 Ροόμετρα υπερήχων

5.5 Μετρητές μεταβλητής στάθμης

5.6 Θερμικοί μετρητές ροής

5,7 Vortex μετρητές

5,8 μέτρα Κοριόλις

Κεφάλαιο 5. ΜΕΘΟΔΟΙ ΚΑΙ ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΔΟΝΗΣΕΩΝ

5.1 Μέθοδοι μέτρησης κραδασμών

2 Όργανα μέτρησης κραδασμών

Κεφάλαιο 6

6.1 Μέτρηση φυσικών και χημικών ιδιοτήτων πετρελαίου και υδάτων σχηματισμού

1.1 Μέτρηση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων του λαδιού

1.2 Μέτρηση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του νερού σχηματισμού

2 Μέτρηση φυσικοχημικών ιδιοτήτων αερίων

Κεφάλαιο 7. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΡΕΛΕ

7.1 Ηλεκτρομαγνητικά ρελέ για συνεχές και εναλλασσόμενο ρεύμα

1.1 Ηλεκτρομαγνητικά ρελέ μόνιμα (ουδέτερα)

1.2 Ηλεκτρομαγνητικά ρελέ AC

2 Μαγνητικές επαφές (διακόπτες καλαμιού)

Κεφάλαιο 8. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

8.1 Βασικές πληροφορίες για συστήματα τηλεμηχανικής

2 Διεπαφές δεδομένων

Κεφάλαιο 9. ΜΙΚΡΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΤΕΣ

9.1 Βασικά στοιχεία μικροεπεξεργαστή

2 Μετατροπή πληροφοριών από αναλογικό σε ψηφιακό και ψηφιακό σε αναλογικό

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Παράρτημα 1. Υλικά ελέγχου και μέτρησης

Παράρτημα 2. Κατάλογος πρακτικών και εργαστηριακών εργασιών

Παράρτημα 3. Κατάλογος θεμάτων οικισμού και γραφικών έργων (περιλήψεις)

Παράρτημα 4. Κατάλογος βασικής και πρόσθετης βιβλιογραφίας

ΠΡΟΛΟΓΟΣ

Το εγχειρίδιο "Βασικές αρχές αυτοματοποίησης τεχνολογικών διεργασιών στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου" περιέχει μια συστηματική παρουσίαση του ομώνυμου ακαδημαϊκού κλάδου, ανταποκρίνεται πλήρως στο πρόγραμμα σπουδών και, στην πραγματικότητα, είναι το κύριο εκπαιδευτικό βιβλίο για τον κλάδο. Αντικατοπτρίζει τις βασικές γνώσεις που ορίζονται από τις διδακτικές μονάδες του Ομοσπονδιακού Κρατικού Εκπαιδευτικού Προτύπου προς την κατεύθυνση 131000 «Επιχειρήσεις Πετρελαίου και Αερίου», ειδικότητα «Λειτουργία και Συντήρηση Εγκαταστάσεων Παραγωγής Πετρελαίου». Το περιεχόμενο του εκπαιδευτικού εγχειριδίου περιλαμβάνει περιγραφή των μεθόδων απόκτησης και χρήσης γνώσεων στον τομέα της αυτοματοποίησης τεχνολογικών διαδικασιών, τις μεθοδολογικές βάσεις των βασικών μεθόδων και προτύπων λειτουργίας οργάνων μέτρησης και συστημάτων αυτοματισμού και την ανάπτυξη των τομέων του δραστηριότητα που αντικατοπτρίζεται σε αυτά, καθώς και βασικά προβλήματα και σημαντικές τάσεις στην ανάπτυξη της βιομηχανίας πετρελαίου και φυσικού αερίου.

Σκοπός του εγχειριδίου είναι να παρέχει μεθοδολογική βοήθεια στους μαθητές στη δημιουργία της απαραίτητης αρχικής θεωρητικής βάσης γνώσεων για τους μαθητές σχετικά με τις βασικές αρχές της κατασκευής συστημάτων αυτοματισμού για διαδικασίες παραγωγής, καθώς και σχετικά με τα τεχνικά μέσα αυτοματισμού βάσει των οποίων αυτά τα συστήματα χτίζονται. Κατά τη μελέτη του εκπαιδευτικού υλικού, ο μαθητής θα λάβει πληροφορίες σχετικά με τα βασικά στοιχεία της αυτοματοποίησης των διαδικασιών μέτρησης, τους τύπους και τις μεθόδους μέτρησης, τη συσκευή και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας συγκεκριμένων αισθητήρων των κύριων τεχνολογικών παραμέτρων, δευτερευουσών συσκευών και τεχνολογίας μικροεπεξεργαστή.

Ο στόχος του εγχειριδίου είναι να παρέχει στους μαθητές την ευκαιρία να μελετήσουν τη συσκευή και την αρχή λειτουργίας συγκεκριμένου εξοπλισμού και αυτοματισμού, καθώς και ορισμένους κανόνες για τη λειτουργία τους.

Κατά τη διαδικασία της μελέτης του υλικού, οι μαθητές θα πρέπει να εξοικειωθούν με τα βασικά και την ταξινόμηση των μεθόδων και των οργάνων μέτρησης. αποκτήστε μια σαφή ιδέα για το τεχνολογικό συγκρότημα, για τα σημεία λήψης του σήματος των παραμέτρων της τεχνολογικής διαδικασίας. να κατέχει τα σχηματικά διαγράμματα του εξοπλισμού, τις αρχές λειτουργίας των αισθητήρων και των ρελέ, τις τεχνικές δυνατότητες του εξοπλισμού μικροεπεξεργαστή και του εξοπλισμού αυτοματισμού, τους κανόνες για την κατασκευή μπλοκ διαγραμμάτων, τα κριτήρια ελέγχου, τις προοπτικές για την εισαγωγή υπολογιστών στην ανάπτυξη και λειτουργία φρεατίων , τους κανόνες για την τεχνικά ικανή λειτουργία εξοπλισμού και εξοπλισμού αυτοματισμού· αποκτήσουν τις δεξιότητες διεξαγωγής συγκριτικής ανάλυσης ελέγχων και αυτοματισμού· μάθετε για την πολυπλοκότητα της χρήσης εργαλείων αυτοματισμού και τις προοπτικές ανάπτυξής τους.

Με βάση τις θεωρητικές γνώσεις που αποκτήθηκαν, οι μαθητές θα πρέπει να μάθουν να εκτελούν πρακτικές και εργαστηριακές εργασίες και στη συνέχεια να μπορούν να τοποθετούν απλό εξοπλισμό, να αποκρυπτογραφούν και να αναλύουν διαγράμματα καταγραφής εξοπλισμού, να αξιολογούν τις πληροφορίες που λαμβάνονται, να προσαρμόζουν τους τρόπους ανάπτυξης και λειτουργίας της διαδικασίας παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου συστήματα αυτοματισμού που χρησιμοποιούν εξειδικευμένο εξοπλισμό .

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η αυτοματοποίηση των τεχνολογικών διαδικασιών είναι αποφασιστικός παράγοντας για την αύξηση της παραγωγικότητας της εργασίας και τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων.

Οι τεχνολογικές διαδικασίες των σύγχρονων βιομηχανικών εγκαταστάσεων απαιτούν τον έλεγχο μεγάλου αριθμού παραμέτρων και είναι δύσκολο να διαχειριστούν. Από αυτή την άποψη, κατά το σχεδιασμό και τη λειτουργία βιομηχανικών εγκαταστάσεων, αποδίδεται εξαιρετική σημασία στα ζητήματα επαγγελματισμού των ειδικών που εργάζονται σε επιχειρήσεις του συγκροτήματος καυσίμων και ενέργειας.

Με τα χρόνια ανάπτυξης της διύλισης πετρελαίου και της πετροχημικής βιομηχανίας, υπήρξε μια επιπλοκή των διαδικασιών, η οποία απαιτεί πιο ακριβή διαχείριση. Στο πρώτο μισό του 20ου αιώνα εμφανίστηκαν συσκευές καταγραφής και παρακολούθησης παραμέτρων, οι λεγόμενες συσκευές ελέγχου και μέτρησης - όργανα. Η προέλευση, ο σχηματισμός και η ανάπτυξη οργάνων μέτρησης και ελέγχου, η διαδικασία από τον αυτόματο έλεγχο στα αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου και η διαχείριση σε μακρο και μικροεπίπεδο είναι αναπόσπαστο μέρος των διαδικασιών παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου, διύλισης πετρελαίου και πετροχημείας.

Η περαιτέρω βελτίωση των οργάνων για την καταγραφή, την παρακολούθηση και τον έλεγχο των παραμέτρων οδήγησε στον αυτοματισμό και την τηλεμηχανοποίηση της διύλισης και της πετροχημείας πετρελαίου. Το τελευταίο οδήγησε στη μηχανογράφηση και τον έλεγχο διαδικασιών, δηλαδή σε αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου (ACS).

Και, φυσικά, η πρόοδος στην κατασκευή οργάνων και τη μηχανική συσκευών σε αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου είναι μια ενδιαφέρουσα εργασία, η λύση της οποίας είναι απαραίτητη για τον καθορισμό περαιτέρω προοπτικών ανάπτυξης με βάση την υπέρβαση παγκόσμιων προβλημάτων διαχείρισης στον τομέα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου.

Διατυπώνονται έξι βασικά σύγχρονα προβλήματα της επιχειρησιακής διαχείρισης της παραγωγής και του αυτοματισμού στην παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου:

Λογιστική για την παραγωγή, κίνηση και χρήση υδρογονανθράκων, πετρελαίου, φυσικού αερίου, προϊόντων πετρελαίου, για τη λύση των οποίων είναι σημαντικό να εξασφαλιστεί η δυνατότητα παρακολούθησης των λογιστικών εργασιών, συμπεριλαμβανομένων των αδειοδοτημένων περιοχών, καθώς και η εξασφάλιση εσωτερικών και εξωτερικών ελέγχων λογιστική πετρελαίου, η οποία με τη σειρά της απαιτεί την ανάπτυξη κατάλληλων οργάνων μέτρησης, καθώς και λογισμικού και πληροφοριακού συστήματος.

Διαχείριση εδαφικών περιουσιακών στοιχείων, οργάνωση συντήρησης και επισκευής εξοπλισμού, διασφάλιση της ασφάλειας της παραγωγής και του προσωπικού. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν λογισμικό και εργαλεία πληροφοριών που παρέχουν λογιστική, προγραμματισμό συντήρησης και επισκευών, παρακολούθηση της κατάστασης των περιουσιακών στοιχείων παραγωγής και των εργασιών που εκτελούνται. έλεγχος της σύναψης και εκτέλεσης συμβάσεων με εργολάβους για την εκτέλεση εργασιών· έλεγχος της παρουσίας προσωπικού στις εγκαταστάσεις παραγωγής· τη δυνατότητα εκπαίδευσης προσωπικού επί τόπου σε προσομοιωτές· διαθεσιμότητα στον χώρο εργασίας ενημερωμένης τεκμηρίωσης σχετικά με τη χρήση του εξοπλισμού, την τεχνολογία για την εκτέλεση διαδικασιών και λειτουργιών.

Υψηλό επίπεδο παραγωγής ενέργειας κατανάλωσης και ανάγκη για μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας και ενεργειακής απόδοσης. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, απαιτούνται εργαλεία λογισμικού και πληροφοριών που παρέχουν λογιστική, προγραμματισμό συντήρησης και επισκευών, παρακολούθηση της κατάστασης της κατανάλωσης ενέργειας από στοιχεία της τεχνολογικής διαδικασίας. αναγνώριση αντικειμένων που καταναλώνουν ενέργεια με υπερβολικό επίπεδο κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας. έλεγχο της εφαρμογής μέτρων εξοικονόμησης ενέργειας.

Μια ποικιλία εργαλείων APCS, μοντελοποίησης και συστημάτων πληροφοριών. Αυτό το πρόβλημα απαιτεί την ανάπτυξη λογισμικού και εργαλείων πληροφόρησης που παρέχουν το σχηματισμό μιας σειράς αρχικών πληροφοριών για στρατηγικά (σχέδια ανάπτυξης και τοποθεσία παραγωγής), μεσοπρόθεσμα (ετήσια και μηνιαία σχέδια) και επιχειρησιακά (ημερήσια σχέδια και σχέδια βάρδιας) σχέδια διαχείρισης· πληρούν τις απαιτήσεις για τη σύνθεση και τη δομή των εγγράφων σύμφωνα με τους εσωτερικούς κανονισμούς της επιχείρησης, τις απαιτήσεις τυποποίησης των μετόχων · ενοποίηση της πρόσβασης και διαφοροποίηση των εξουσιών κατά την εργασία με έγγραφα.

Ελαχιστοποίηση του κόστους λειτουργίας του συστήματος με το μέγιστο επίπεδο υπηρεσιών πληροφόρησης που παρέχεται στους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων. Για την επίλυση του προβλήματος απαιτούνται τα εξής: ανάπτυξη μεθοδολογίας για την εκτέλεση εργασιών για την ανάπτυξη του επιπέδου MES, αυτοματοποίηση προηγουμένως μη αυτοματοποιημένων εγκαταστάσεων παραγωγής και λογισμικού και εργαλείων πληροφοριών που παρέχουν: ενημέρωση των βάσεων δεδομένων και λογισμικό συστήματος σε κατάσταση λειτουργίας. έλεγχος της λειτουργίας του λογισμικού του συστήματος (για την ανταλλαγή πληροφοριών με τα συστήματα συστημάτων ελέγχου διεργασιών, ERP κ.λπ.) καθορισμός των ενεργειών του προσωπικού που εμπλέκεται στη λειτουργία του συστήματος.

Η αύξηση των κεφαλαίων και της εργασίας για την εξόρυξη κάθε τόνου πετρελαίου, λόγω του γεγονότος ότι τα φθηνά κοιτάσματα πετρελαίου στη Δυτική Σιβηρία, που ανακαλύφθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του 1950, εξαντλούνται σταδιακά. Στην πετρελαιοφόρα περιοχή υπάρχουν κυρίως αποθέματα με δύσκολη παραγωγή, που απαιτούν νέες τεχνολογικές λύσεις και πρόσθετες κεφαλαιουχικές επενδύσεις. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα των επενδύσεων κεφαλαίου και να διευκολυνθεί η διαχείριση της ανάκτησης πετρελαίου. αύξηση της αποτελεσματικότητας των επενδύσεων κεφαλαίου και διευκόλυνση της διαχείρισης της ανάκτησης πετρελαίου από το υπέδαφος μέσω μιας προσέγγισης που ονομάζεται "έξυπνα πεδία", "έξυπνα πεδία", "έξυπνα κοιτάσματα πετρελαίου", "έξυπνα πηγάδια". βελτιστοποίηση της λειτουργίας όλων των εγκαταστάσεων πεδίου: φρεάτια, συλλέκτες, αγωγοί και άλλες επιφανειακές εγκαταστάσεις.

Κεφάλαιο 1

1Βασικές έννοιες και ορισμοί της θεωρίας του αυτόματου ελέγχου

Είναι γνωστό ότι η τεχνική διαδικασία χαρακτηρίζεται από ένα σύνολο δεδομένων, τιμών, δεικτών. Το σύνολο των λειτουργιών για την έναρξη, τη διακοπή της διαδικασίας, τη διατήρηση της σταθερότητας των δεικτών διαδικασίας ή την αλλαγή τους σύμφωνα με έναν δεδομένο νόμο ονομάζεται έλεγχος.

Η διατήρηση των δεικτών σε ένα δεδομένο επίπεδο ή η αλλαγή τους σύμφωνα με έναν δεδομένο νόμο ονομάζεται ρύθμιση, δηλ. η ρύθμιση είναι μέρος της διαχείρισης. Και εάν αυτές οι διαδικασίες ελέγχου πραγματοποιούνται χωρίς τη συμμετοχή ενός ατόμου (χειριστή), τότε ονομάζονται αυτόματες.

Μια συσκευή που υλοποιεί μια τεχνολογική διαδικασία, οι δείκτες της οποίας πρέπει να ελέγχονται ή να ρυθμίζονται, ονομάζεται αντικείμενο ελέγχου ή ελεγχόμενο αντικείμενο. Αντικείμενα ελέγχου μπορεί να είναι μια αντλία γεώτρησης, ένα γεωτρύπανο, ένας μηχανισμός κίνησης εξέδρας γεώτρησης, κ.λπ., ή οι μεμονωμένες μονάδες τους που εκτελούν ορισμένες λειτουργίες της τεχνολογικής διαδικασίας, για παράδειγμα, ένα βαρούλκο γεωτρύπανου.

Μια τεχνική συσκευή που ελέγχει σύμφωνα με ένα πρόγραμμα (αλγόριθμος) ονομάζεται συσκευή αυτόματου ελέγχου.

Ο συνδυασμός του αντικειμένου ελέγχου και της συσκευής ελέγχου ονομάζεται αυτόματο σύστημα ελέγχου (ACS).

Δεν μας ενδιαφέρουν όλες οι λειτουργίες αυτόματου ελέγχου, αλλά μόνο οι ρυθμίσεις, δηλαδή οι λειτουργίες που σχετίζονται με τη διατήρηση ή την αλλαγή δεικτών διαδικασίας.

Μπορεί να πραγματοποιηθεί οποιαδήποτε ρυθμιστική διαδικασία

· χωρίς έλεγχο αποτελεσμάτων - έλεγχος ανοιχτού βρόχου.

· με έλεγχο αποτελέσματος - ρύθμιση στον κλειστό κύκλο.

Ένα παράδειγμα ελέγχου ανοιχτού βρόχου χωρίς έλεγχο του αποτελέσματος (ρυθμός ροής Q) είναι η σταθεροποίηση της παροχής του υγρού έκπλυσης Q όταν η αντλία εμβόλου λειτουργεί με πλήρη χωρητικότητα όταν ενεργοποιείται η κατάλληλη ταχύτητα του κιβωτίου ταχυτήτων (μη μεταβλητή κίνηση και χωρίς εκκένωση υγρού έκπλυσης). Εδώ, με σημαντικές (μη έκτακτες) αλλαγές στα χαρακτηριστικά της υδραυλικής διαδρομής (λόγω λάσπης στην κάτω τρύπα, πέτρινων τεμαχίων από τα τοιχώματα του φρεατίου κ.λπ.), ο ρυθμός ροής του υγρού έκπλυσης παραμένει σταθερός.

Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, το αντικείμενο ελέγχου είναι μια αντλία γεώτρησης με μη ρυθμιζόμενη κίνηση (μονάδα άντλησης). Το σώμα ελέγχου (ρυθμιστικό), το οποίο πρέπει να περιέχει ένα αντικείμενο για τον έλεγχο της παροχής υγρού έκπλυσης, είναι ένα κιβώτιο ταχυτήτων.

Η ρύθμιση ανοιχτού βρόχου χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά από τη ρύθμιση κλειστού βρόχου λόγω της αστάθειας των χαρακτηριστικών των στοιχείων. Στοιχεία του συστήματος υπόκεινται σε διάφορα είδη διαταραχών. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, αυτό μπορεί να είναι μια αλλαγή στον συντελεστή πλήρωσης των κυλίνδρων της αντλίας λόγω αλλαγής των παραμέτρων του υγρού έκπλυσης ή της οδού αναρρόφησης.

Ας εξετάσουμε ένα παράδειγμα ελέγχου κλειστού βρόχου με έλεγχο του αποτελέσματος - ρυθμός ροής Q. Στο σχ. Το σχήμα 1.1 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα του ρυθμιστή (σταθεροποιητή) για τον ρυθμό ροής του υγρού έκπλυσης Q. Εδώ, ο ρυθμός ροής Q ελέγχεται από τον αισθητήρα ροής DR. Σημείο ρύθμισης Z ρυθμίζοντας την τάση U γάιδαρος ορίζεται ο απαιτούμενος ρυθμός ροής Q. Η ταχύτητα του άξονα του κινητήρα n (και επομένως ο ρυθμός ροής Q) καθορίζεται από το φορτίο και την τάση U σολ , που εξαρτάται από την τιμή του ΔU.

∆U = U γάιδαρος - U oc1 , (1.1)

όπου U oc1 - τάση στην έξοδο του αισθητήρα (U ρε ) ανάλογο του ρυθμού ροής Q, και ονομάζεται τάση ανάδρασης. Και αυτή η σχέση σε αυτήν την περίπτωση είναι αρνητική (υποδηλώνεται υπό όρους με σκίαση του τομέα): μειώνει την τιμή του U γάιδαρος . Όταν ο ρυθμός ροής Q αποκλίνει από την καθορισμένη τιμή, αλλάζει και το U oc1 , που οδηγεί σε αλλαγή στο n και επομένως στην αποκατάσταση του ρυθμού ροής Q.

Η αυτόματη διατήρηση ενός δεδομένου νόμου αλλαγής στους δείκτες διαδικασίας με τη βοήθεια ανατροφοδότησης ονομάζεται αυτόματη ρύθμιση. Στο εξεταζόμενο παράδειγμα, ένας δείκτης είναι ο Q. Και ονομάζεται ελεγχόμενη μεταβλητή.

Έτσι, με βάση το εξεταζόμενο παράδειγμα, θα υποθέσουμε ότι μια αυτόματη συσκευή που εκτελεί αυτόματη ρύθμιση ονομάζεται αυτόματος ρυθμιστής.

Με τη σειρά του, το αντικείμενο που ελέγχεται από τον ρυθμιστή ονομάζεται ρυθμιζόμενο αντικείμενο.

Το σύνολο του ρυθμιζόμενου αντικειμένου και του αυτόματου ελεγκτή αποτελούν το αυτόματο σύστημα ελέγχου (ACS).

Ανάλογα με τον λειτουργικό σκοπό, τα αυτόματα συστήματα χωρίζονται σε συστήματα αυτόματου ελέγχου ανοιχτού βρόχου, συστήματα αυτόματου ελέγχου κλειστού βρόχου και συστήματα αυτόματου ελέγχου.

Εξετάστε παραδείγματα που δείχνουν τη λειτουργία των εξεταζόμενων σχημάτων.

1.Παράδειγμα. Ηλεκτρονικός σταθεροποιητής ρεύματος νήματος λαμπτήρων. Το διάγραμμα δείχνει έλεγχο ανοιχτού βρόχου.

Διατήρηση σταθερού ρεύματος πυράκτωσης I H συμβαίνει χωρίς τη συμμετοχή του χειριστή, δηλ. έλεγχος δεν ασκείται.

Παράδειγμα Χειροκίνητος έλεγχος ταχύτητας ω άξονας ενός ηλεκτροκινητήρα.

Συχνότητα περιστροφής ω Ο άξονας κινητήρα κίνησης D είναι συνάρτηση της τάσης στους ακροδέκτες της γεννήτριας U σολ , που σε σταθερή συχνότητα περιστροφής του οπλισμού ( ω VD = const) καθορίζεται από το ρεύμα στην περιέλιξη διέγερσης της γεννήτριας. Για ρύθμιση ή διατήρηση σταθερής ταχύτητας ω ο χειριστής παρακολουθεί τις μετρήσεις του βολτόμετρου V, βαθμονομημένες ως προς την ταχύτητα περιστροφής ω και, χειροκίνητη αλλαγή του ρεύματος ρεοστάτη P I ovg στην περιέλιξη διέγερσης, επιτυγχάνει την απαιτούμενη τιμή ω.

Εδώ παρατηρούμε ένα κλειστό σύστημα ρύθμισης. Αλλά ένα τέτοιο σύστημα χειροκίνητου ελέγχου έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα: χαμηλή ακρίβεια ελέγχου και ανεπιθύμητη παρουσία του χειριστή. Επιπλέον, υπάρχουν ορισμένες ενοχλητικές επιρροές: η ροπή αλλαγής στον άξονα του κινητήρα M Με , αλλαγές στη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, φθορά των βουρτσών των ηλεκτρικών μηχανών κ.λπ., εξ ου και η ανακρίβεια του συστήματος ελέγχου. το σύστημα δεν είναι εφαρμόσιμο για γρήγορες διαδικασίες.

Τα παραδείγματα που εξετάστηκαν παρέχουν τη βάση για την εξέταση του ζητήματος των ρυθμιστικών αρχών.

1.1.1 Ρυθμιστικές αρχές

Κατά τη λειτουργία των συστημάτων που συζητήθηκαν παραπάνω, η επίδραση εξωτερικών παραγόντων (διαταραχές) γίνεται εμφανής. Η απλούστερη λύση για την αντιμετώπιση κάθε διαταραχής είναι η εγκατάσταση του κατάλληλου αισθητήρα. Ωστόσο, αυτή η προσέγγιση δεν είναι πάντα εφικτή. Ως διέξοδος από αυτήν την κατάσταση, χρησιμοποιούνται συνήθως μέθοδοι, σύμφωνα με τις οποίες η απόκλιση από την καθορισμένη τιμή μετράται πρώτα με την εγκατάσταση του αισθητήρα και στη συνέχεια εισάγεται μια διόρθωση σύμφωνα με τη μετρούμενη απόκλιση (παρόμοια με το παράδειγμα με αλλαγή της θέσης του ρυθμιστικού ρεοστάτη P).

Υπάρχουν οι ακόλουθες βασικές αρχές ρύθμισης:

· από απόκλιση?

· από αγανάκτηση?

· αποζημίωση;

· σε συνδυασμό.

Το Σχήμα 1.4 δείχνει ένα διάγραμμα αυτόματου ελέγχου (σταθεροποίησης) της ταχύτητας του άξονα του κινητήρα χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα για την παρακολούθηση της απόκλισης της ταχύτητας από την καθορισμένη τιμή, που είναι η ταχογεννήτρια.

Αυτό το σχήμα, στην πραγματικότητα, είναι η μετατροπή του σχήματος χειροκίνητου ελέγχου (Εικ. 1.3) σε σχήμα αυτόματου ελέγχου (Εικ. 1.4). Εδώ ο χειριστής αντικαθίσταται από ένα ηλεκτρικό σύστημα ελέγχου και ένα σύστημα για την επιρροή του ρεοστάτη R. Οι ρεοστάτες R εισάγονται στο κύκλωμα. 1 και Ρ 2, έναν αναστρέψιμο κινητήρα RD, έναν ηλεκτρονικό ενισχυτή EI και ένα κόκκινο κιβώτιο ταχυτήτων, το οποίο συνδέεται μηχανικά με τον κινητήρα ρεοστάτη R.

Εξετάστε τα κύρια ρυθμιστικά στοιχεία (Εικ. 1.4):

· το αντικείμενο ρύθμισης, που είναι ο κινητήρας, όλα τα άλλα στοιχεία περιλαμβάνονται στον ρυθμιστή συστήματος.

· δείκτης της διαδικασίας ρύθμισης, που είναι η γωνιακή ταχύτητα ω , δηλ. ρυθμιζόμενη τιμή, η οποία μπορεί να είναι σταθερή και να αλλάζει σύμφωνα με οποιονδήποτε νόμο.

· ένα ρυθμιστικό σώμα, το ρόλο του οποίου παίζει η αλυσίδα αγκύρωσης του κινητήρα, αλλάζοντας τη θέση ή την κατάσταση του οποίου είναι δυνατή η αλλαγή της ελεγχόμενης τιμής.

· ρυθμιστική δράση - τάση στο κύκλωμα αγκύρωσης του κινητήρα.

· τιμή ρύθμισης (επιπτώσεις) του συστήματος - U γάιδαρος ; Δηλαδή, αυτή είναι μια τιμή που είναι αναλογική ή λειτουργικά σχετική με την ελεγχόμενη μεταβλητή και χρησιμεύει για την αλλαγή του επιπέδου της τελευταίας. μέσω u γάιδαρος ορίζεται μια συγκεκριμένη τιμή ω.

Αν ∆U = U γάιδαρος - U os = 0, τότε θα έρθει η κατάσταση ισορροπίας. U os είναι η τάση ανάδρασης, η οποία είναι ανάλογη με την ελεγχόμενη τιμή ω. Όταν αλλάζει ω ( λόγω αλλαγής της στιγμής Μ με αντίσταση στον άξονα του κινητήρα) αλλάζει η τάση ανάδρασης U που παράγεται από την ταχογεννήτρια os , διαταράσσεται η ισορροπία (∆U ≠ 0), η οποία οδηγεί κατά μήκος της αλυσίδας (EU - RD - Red - P - I ovg ) για να αλλάξετε την τάση που παράγεται από τη γεννήτρια U σολ και να επαναφέρετε την ελεγχόμενη τιμή ω.

Στο εξεταζόμενο σχήμα, ο έλεγχος της ρυθμιζόμενης τιμής πραγματοποιείται με ενεργό τρόπο και η αλυσίδα μετάδοσης σήματος από την έξοδο στην είσοδο του συστήματος ονομάζεται κύρια ανάδραση.

Η αρχή της ρύθμισης, η οποία είναι ενσωματωμένη στο σχήμα (Εικ. 1.4), ονομάζεται αρχή της ρύθμισης με απόκλιση. Τα συστήματα που κατασκευάζονται σύμφωνα με αυτήν την αρχή περιέχουν πάντα ανατροφοδότηση. Αυτό σημαίνει ότι λειτουργούν σε κλειστό βρόχο.

Στο σύστημα αυτόματου ελέγχου ως απόκλιση, εννοούμε ένα τέτοιο σύστημα, κατά το οποίο μετράται η απόκλιση της ελεγχόμενης μεταβλητής από την καθορισμένη τιμή και ως συνάρτηση της τιμής απόκλισης, δημιουργείται μια ορισμένη ρυθμιστική ενέργεια που μειώνει αυτήν την απόκλιση σε ελάχιστη τιμή.

Σημειώστε και θυμηθείτε ότι τα συστήματα ελέγχου απόκλισης πρέπει πάντα να περιέχουν την κύρια αρνητική ανάδραση.

Μια άλλη αρχή ελέγχου, η οποία χρησιμοποιείται πολύ λιγότερο συχνά στους αυτόματους ρυθμιστές, είναι η αρχή της ρύθμισης μέσω διαταραχής ή η αρχή της αντιστάθμισης, καθώς και η αντιστάθμιση διαταραχών.

Στο σχ. Το 1.5 δείχνει ένα κύκλωμα γεννήτριας DC. Αυτή η εικόνα εξηγεί την αρχή του ελέγχου των διαταραχών. Εδώ η γεννήτρια λειτουργεί για μεταβαλλόμενο φορτίο R n . Η τάση U είναι μια ρυθμιζόμενη τιμή. Το emf της γεννήτριας είναι ανάλογο της ροής διέγερσης Φ σε μι σολ = κ Φ σε .

U = E - I n R ένα , (1.2)

E \u003d U + I n R ένα = εγώ n R n + Ι n R ένα = εγώ n (Ρ ένα + R n ) (1.3)

Ας υποθέσουμε ότι όταν το τρέχον Ι n τάση U = U σχετικά με = συνθ. Μετά η συνθήκη

E= U σχετικά με + Δ E = U σχετικά με + Ι n R ένα = k ( Φ σε + ΔΦ σε ). (1.4)

Που σημαίνει, Δ Το Ε θα αλλάξει λόγω

Φ σε U σχετικά με = κ Φ σε και ΔΦ σε = (R ένα /k)I n = γ Ι n , (1.5)

εκείνοι. αλλαγή στην ελεγχόμενη μεταβλητή ΔΦ πρέπει να είναι ανάλογο με το ρεύμα φορτίου I n . Αυτή η προϋπόθεση πληρούται λόγω της σύνθετης περιέλιξης, η οποία δίνει μια πρόσθετη ροή διέγερσης Φ πρόσθετος , ανάλογο με το φορτίο διαταραχής - ρεύμα I H . Με βάση αυτό, η κύρια περιέλιξη (η κύρια ροή διέγερσης Ф κύριος ) προορίζεται για τη δημιουργία της αρχικής τάσης U Ο. Εννοια Δ Το Ε καθορίζεται από την σύνθετη περιέλιξη. Και οι δύο περιελίξεις δημιουργούν μια συνολική μαγνητική ροή Ф σε.

Ως αποτέλεσμα της αλλαγής του ρεύματος φορτίου I H η συνολική ροή Ф αλλάζει σε , και την τάση U σχετικά με συνεχώς. Αυτό είναι ένα παράδειγμα εφαρμογής της αρχής της αντιστάθμισης στη ρύθμιση, όταν, κατά τη μέτρηση του φορτίου (διαταραχή), ως συνάρτηση της μετρούμενης τιμής, δημιουργείται μια ορισμένη ρυθμιστική ενέργεια που επιτρέπει στην ελεγχόμενη τιμή να παραμείνει σταθερή. Τα συστήματα που λειτουργούν με αυτήν την αρχή αντιστάθμισης είναι συστήματα ανοιχτού βρόχου που δεν έχουν ανάδραση.

Το κύριο πλεονέκτημα τέτοιων συστημάτων είναι η ταχύτητα. Ωστόσο, το σύστημα έχει επίσης μια σειρά από μειονεκτήματα:

· λόγω του γεγονότος ότι το αντικείμενο έχει πολλές ενοχλητικές επιρροές και για τα συστήματα αντιστάθμισης είναι απαραίτητο να μετρηθεί κάθε ενοχλητική επιρροή ξεχωριστά και να αναπτυχθεί μια ρυθμιστική δράση ως συνάρτηση αυτής, η οποία περιπλέκει πολύ το σύστημα.

· το πρόβλημα της μέτρησης των μη ηλεκτρικών διαταραχών.

· ασάφεια και πολυπλοκότητα της εξάρτησης του ρυθμιστή από την ενοχλητική επιρροή.

Λόγω αυτών των ελλείψεων, τα εξεταζόμενα συστήματα χρησιμοποιούνται πολύ λιγότερο συχνά σε σύγκριση με συστήματα που εφαρμόζουν την αρχή του ελέγχου των αποκλίσεων.

Συνδυάζεται η τρίτη αρχή της ρύθμισης (συνδυασμός των δύο πρώτων αρχών). Χρησιμοποιείται ακόμη λιγότερο συχνά από τα δύο πρώτα. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα είναι τα ίδια. Τα συστήματα είναι αρκετά πολύπλοκα και η μελέτη τους δεν παρέχεται ακόμη.

1.2 Ταξινόμηση συστημάτων αυτόματου ελέγχου

Σύμφωνα με το νόμο της αναπαραγωγής (αλλαγής) της ρυθμιζόμενης τιμής, τα κλειστά συστήματα ελέγχου χωρίζονται σε τρεις τύπους:

· συστήματα σταθεροποίησης,

· συστήματα ελέγχου προγράμματος,

· συστήματα παρακολούθησης.

Διαφέρουν μεταξύ τους όχι θεμελιωδώς, αλλά μόνο στον τρόπο λειτουργίας και εποικοδομητικά. Έχουν κοινή θεωρία και διερευνώνται με τις ίδιες μεθόδους.

Το σύστημα σταθεροποίησης είναι ένα σύστημα για τη διατήρηση της σταθερότητας της ελεγχόμενης τιμής. Τα συστήματα που συζητήθηκαν παραπάνω σχετίζονται με συστήματα σταθεροποίησης.

Στα προγραμματισμένα συστήματα ελέγχου, η ελεγχόμενη τιμή πρέπει να αλλάξει σύμφωνα με ένα παλαιότερα γνωστό πρόγραμμα στο χρόνο.

σύστημα εντοπισμού. Εδώ, η ελεγχόμενη τιμή αλλάζει σύμφωνα με έναν άγνωστο αυθαίρετο νόμο. Ο νόμος καθορίζεται από κάποια εξωτερική επιρροή ρύθμισης (αυθαίρετα).

Ανάλογα με τη φύση του ρυθμιστικού αντίκτυπου στο στοιχείο ενεργοποίησης, τα συστήματα αυτόματου ελέγχου χωρίζονται σε:

· συστήματα συνεχούς,

· παρόρμηση και

· έλεγχος ρελέ.

Στα συστήματα συνεχούς ελέγχου, τα σήματα στην έξοδο όλων των στοιχείων του συστήματος είναι συνεχείς συναρτήσεις των σημάτων στην είσοδο των στοιχείων.

Τα συστήματα ελέγχου παλμών διακρίνονται από το γεγονός ότι σε ορισμένα διαστήματα ανοίγουν και κλείνουν τον βρόχο ελέγχου με μια ειδική συσκευή. Ο χρόνος ελέγχου χωρίζεται σε παλμούς, κατά τους οποίους οι διεργασίες προχωρούν με τον ίδιο τρόπο όπως στα συστήματα συνεχούς ελέγχου, και σε διαστήματα, κατά τα οποία σταματά η επίδραση του ρυθμιστή στο σύστημα. Τέτοιοι ρυθμιστές χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο αργών διεργασιών (έλεγχος θερμοκρασίας σε βιομηχανικούς κλιβάνους, θερμοκρασία και πίεση σε λέβητες).

Στα συστήματα ελέγχου ρελέ, ο βρόχος ελέγχου ανοίγει από ένα από τα στοιχεία του συστήματος (στοιχείο ρελέ) ανάλογα με την εξωτερική επίδραση.

Ανάλογα με τα αποτελέσματα που λαμβάνονται με τον αυτόματο έλεγχο, διακρίνονται δύο τύποι αυτόματου ελέγχου:

· στατική και

· αστατικός.

Στατικό ονομάζεται αυτός ο αυτόματος έλεγχος, στον οποίο η ρυθμιζόμενη τιμή, με διάφορες σταθερές εξωτερικές επιδράσεις στο ρυθμιζόμενο αντικείμενο, λαμβάνει διάφορες τιμές στο τέλος της μεταβατικής διαδικασίας, ανάλογα με το μέγεθος της εξωτερικής επιρροής (για παράδειγμα, φορτίο ).

Στο σχ. 1.6 και παρουσιάζεται ο ρυθμιστής της στάθμης του νερού σε μια δεξαμενή. Στον ρυθμιστή στάθμης νερού, με αύξηση της ροής νερού q, η στάθμη μειώνεται, μια βαλβίδα ανοίγει μέσω του πλωτήρα και του μοχλού, η εισροή q 1 αυξάνει και το αντίστροφο.

Το σύστημα στατικού ελέγχου έχει τις ακόλουθες χαρακτηριστικές ιδιότητες:

η ισορροπία του συστήματος είναι δυνατή σε διαφορετικές τιμές της ελεγχόμενης μεταβλητής.

Κάθε τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής αντιστοιχεί σε μια ενιαία καθορισμένη θέση του ρυθμιστικού σώματος.

Για να υλοποιηθεί μια τέτοια σύνδεση μεταξύ του αισθητήρα και του ενεργοποιητή, ο βρόχος ελέγχου πρέπει να αποτελείται από τους λεγόμενους στατικούς συνδέσμους, στους οποίους, σε κατάσταση ισορροπίας, η τιμή εξόδου εξαρτάται αποκλειστικά από την είσοδο: . Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι ο ρυθμός ροής του νερού q είναι ίσος με τον ρυθμό εισροής q1 σε κάποιο αυστηρά καθορισμένο, δικό του επίπεδο H. Ο ρυθμός ροής θα αλλάξει, το επίπεδο θα αλλάξει, η εισροή θα είναι ίση με τον ρυθμό ροής - και ισορροπία θα ξανάρθει.

Ένας ρυθμιστής που εκτελεί στατική ρύθμιση ονομάζεται στατικός ρυθμιστής.

Για να χαρακτηριστεί ο βαθμός εξάρτησης της απόκλισης της ελεγχόμενης μεταβλητής από το φορτίο στη θεωρία της ρύθμισης, χρησιμοποιείται η έννοια της ανομοιομορφίας, ή ο έλεγχος της πτώσης.

Αφήστε το γράφημα της εξάρτησης των τιμών σταθερής κατάστασης της ελεγχόμενης μεταβλητής x από το φορτίο q (χαρακτηριστικό ελέγχου) να έχει τη μορφή που φαίνεται στο Σχ. 1.6, b (το χαρακτηριστικό ελέγχου δίνεται σε συγκεκριμένες συντεταγμένες για τη στάθμη του νερού ελεγκτής στη δεξαμενή· παρακάτω, οι συντεταγμένες δίνονται σε γενική μορφή, για τυχόν στατικούς ελεγκτές ). Η μέγιστη τιμή της ρυθμιζόμενης τιμής xmax αντιστοιχεί στο ρελαντί του αντικειμένου (χωρίς φορτίο). ελάχιστη τιμή - ονομαστικό φορτίο - qnom.

Για να προσδιορίσουμε την πτώση ρύθμισης, χρησιμοποιούμε σχετικές συντεταγμένες:

όπου φ είναι η σχετική τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής.

Η ίδια η ελεγχόμενη τιμή.

Η ελάχιστη τιμή της ρυθμιζόμενης τιμής (στην ονομαστική λειτουργία).

και qnom - βασικές τιμές ποσοτήτων.

λ είναι η σχετική τιμή του φορτίου.

Τότε η ανομοιομορφία δ (ή η πτώση) του συστήματος στη γενική περίπτωση είναι μερική παράγωγος σε ένα δεδομένο σημείο (ή η σχετική κλίση του χαρακτηριστικού ελέγχου σε αυτό το σημείο):

Εάν το χαρακτηριστικό ελέγχου είναι γραμμικό, τότε η πτώση θα είναι σταθερή για όλες τις τιμές φορτίου. Και μπορεί να οριστεί ως εξής:

Ο στατικός ελεγκτής δεν διατηρεί μια αυστηρά σταθερή τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής, αλλά με ένα σφάλμα, το οποίο ονομάζεται σφάλμα στατικού συστήματος. Έτσι, η πτώση ρύθμισης είναι ένα σχετικό στατικό σφάλμα όταν το φορτίο αλλάζει από ρελαντί σε ονομαστικό.

Σε ορισμένα συστήματα, ένα στατικό σφάλμα (ακόμα και αν τα εκατοστά του τοις εκατό) είναι ανεπιθύμητο, τότε πηγαίνετε στον κανονισμό, στον οποίο ισούται με μηδέν - σε αστατική ρύθμιση. Το χαρακτηριστικό ρύθμισης ενός τέτοιου συστήματος αντιπροσωπεύεται από μια γραμμή παράλληλη προς τον άξονα του φορτίου.

Ο αστατικός έλεγχος ονομάζεται αυτόματος έλεγχος, στον οποίο, σε διάφορες σταθερές τιμές εξωτερικής επιρροής στο αντικείμενο, η απόκλιση της ελεγχόμενης τιμής από την καθορισμένη τιμή στο τέλος της μεταβατικής διαδικασίας γίνεται ίση με μηδέν.

Σε έναν αστατικό ρυθμιστή της στάθμης H του νερού στη δεξαμενή (Εικ. 1.7), ο πλωτήρας κινεί το ρυθμιστικό ρεοστάτη προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση, ανάλογα με την αλλαγή της στάθμης από την καθορισμένη τιμή, ενεργοποιώντας έτσι τον κινητήρα που ελέγχει τον αποσβεστήρα θέση. Ο κινητήρας θα σβήσει όταν η στάθμη του νερού φτάσει την καθορισμένη τιμή.

Το αστατικό σύστημα ελέγχου έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά γνωρίσματα:

η ισορροπία του συστήματος λαμβάνει χώρα μόνο σε μία τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής, ίση με τη δεδομένη.

ο ρυθμιστικός φορέας έχει τη δυνατότητα να καταλαμβάνει διαφορετικές θέσεις στην ίδια τιμή της ελεγχόμενης μεταβλητής.

Σε πραγματικούς ελεγκτές, η πρώτη συνθήκη ικανοποιείται με κάποιο σφάλμα. Για την εκπλήρωση της δεύτερης συνθήκης, ο λεγόμενος αστατικός σύνδεσμος εισάγεται στον βρόχο ελέγχου. Στο παραπάνω παράδειγμα, ένας κινητήρας με την ιδιότητα ότι ελλείψει τάσης, ο άξονός του είναι ακίνητος σε οποιαδήποτε θέση και παρουσία τάσης, περιστρέφεται συνεχώς.

Ανάλογα με την πηγή ενέργειας που λαμβάνει ο ρυθμιστής, υπάρχουν

· άμεσο και

· έμμεση ρύθμιση.

Στα συστήματα άμεσου ελέγχου, η ενέργεια για τη ρύθμιση του στοιχείου ελέγχου λαμβάνεται από έναν αισθητήρα (για παράδειγμα, έναν στατικό ελεγκτή στάθμης νερού).

Στα συστήματα έμμεσου ελέγχου, η ενέργεια για τη μετακίνηση του στοιχείου ελέγχου λαμβάνεται από μια εξωτερική πηγή (ένα παράδειγμα είναι ένας αστατικός ελεγκτής στάθμης νερού).

Τα συστήματα αυτόματου ελέγχου με πολλές ρυθμιζόμενες τιμές (για παράδειγμα, πίεση ατμού στο λέβητα, παροχή νερού στο λέβητα, παροχή καυσίμου και αέρα στον κλίβανο) χωρίζονται σε μη συνδεδεμένα και συζευγμένα συστήματα ελέγχου.

Συστήματα μη συζευγμένης ρύθμισης είναι εκείνα στα οποία οι ρυθμιστές που έχουν σχεδιαστεί για να ρυθμίζουν διάφορες ποσότητες δεν συνδέονται μεταξύ τους και μπορούν να αλληλεπιδρούν μόνο μέσω ενός κοινού αντικειμένου ρύθμισης για αυτούς. Εάν σε ένα μη συζευγμένο σύστημα ελέγχου μια αλλαγή σε μία από τις ελεγχόμενες μεταβλητές συνεπάγεται αλλαγή σε άλλες ελεγχόμενες μεταβλητές, τότε ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται εξαρτημένο. και αν όχι, τότε το σύστημα ονομάζεται ανεξάρτητο.

Συστήματα συζευγμένου ελέγχου είναι αυτά στα οποία οι ελεγκτές διαφόρων ελεγχόμενων μεταβλητών συνδέονται μεταξύ τους και επιπλέον με το αντικείμενο ρύθμισης.

Ένα συζευγμένο σύστημα ελέγχου ονομάζεται αυτόνομο εάν οι σύνδεσμοι μεταξύ των συστατικών ελεγκτών του είναι τέτοιοι ώστε μια αλλαγή σε μία από τις ελεγχόμενες μεταβλητές κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ελέγχου δεν προκαλεί αλλαγή στις υπόλοιπες ελεγχόμενες μεταβλητές.

Τα αυτόνομα συστήματα ελέγχου κλειστού βρόχου που έχουν μόνο μία (κύρια) ανάδραση ονομάζονται single-loop. Τα αυτόματα συστήματα ελέγχου που, εκτός από μία κύρια ανάδραση, έχουν μία ή περισσότερες κύριες ή τοπικές ανατροφοδοτήσεις ονομάζονται πολλαπλοί βρόχοι.

Ανάλογα με τον τύπο των χαρακτηριστικών των στοιχείων που απαρτίζουν τα συστήματα, όλα τα συστήματα χωρίζονται σε:

· γραμμικό και

· μη γραμμικό.

Τα γραμμικά συστήματα είναι συστήματα που αποτελούνται μόνο από στοιχεία που έχουν γραμμικά χαρακτηριστικά. Οι μεταβατικές διεργασίες σε τέτοια στοιχεία περιγράφονται με γραμμικές διαφορικές εξισώσεις.

Μη γραμμικά συστήματα είναι εκείνα που έχουν ένα ή περισσότερα στοιχεία με μη γραμμικά χαρακτηριστικά. Οι μεταβατικές διαδικασίες σε τέτοια συστήματα περιγράφονται με μη γραμμικές διαφορικές εξισώσεις.

Όταν ταξινομούνται ανάλογα με τον τύπο ενέργειας που χρησιμοποιείται, όλα τα συστήματα μπορούν να χωριστούν σε:

· ηλεκτρικός,

· υδραυλικός,

· πνευματικός,

· ηλεκτροϋδραυλικά,

· ηλεκτροπνευματικά κ.λπ.

Ανάλογα με τον αριθμό των ρυθμιζόμενων τιμών του συστήματος αυτόματου ελέγχου (ACS):

μονοδιάστατο,