Ministarstvo strukovnog obrazovanja

Politehničko sveučilište Tomsk

Skorospeshkin M.V.

Osnove automatizacije proizvodnih procesa

Bilješke s predavanja

Dio 1. Teorija automatskog upravljanja (TAU)

1. Osnovni pojmovi i definicije TAU-a.

1.1. Osnovni koncepti.

Upravljačke sustave za suvremene tehnološke procese karakterizira veliki broj tehnoloških parametara, čiji broj može doseći nekoliko tisuća. Za održavanje potrebnog načina rada, a u konačnici i kvalitete proizvoda, sve te vrijednosti moraju se održavati konstantnim ili mijenjati prema određenom zakonu.

Fizičke veličine koje određuju tijek tehnološkog procesa nazivaju se parametri procesa ... Na primjer, parametri tehnološkog procesa mogu biti: temperatura, tlak, brzina protoka, napon itd.

Parametar tehnološkog procesa koji se mora održavati konstantnim ili mijenjati prema određenom zakonu naziva se podesiva vrijednost ili podesivi parametar .

Vrijednost kontrolirane varijable u razmatranom trenutku vremena se zove trenutnu vrijednost .

Vrijednost kontrolirane varijable dobivena u razmatranom trenutku na temelju podataka određenog mjernog uređaja naziva se njezinim izmjerena vrijednost .

Primjer 1. Shema ručne regulacije temperature sušionice.

Potrebno je ručno održavati temperaturu u ormaru za sušenje na razini T natrag.

Ljudski operater, ovisno o očitanjima živinog termometra RT, uključuje ili isključuje grijaći element H pomoću prekidača P. 

Na temelju ovog primjera možete unijeti definicije:

Kontrolni objekt (objekt regulacije, OU) - uređaj, čiji se traženi način rada mora izvana podržavati posebno organiziranim upravljačkim radnjama.

Kontrolirati - formiranje kontrolnih radnji koje osiguravaju potreban način rada OS-a.

Regulativa - posebna vrsta kontrole, kada je zadatak osigurati postojanost bilo koje izlazne vrijednosti OA.

Automatsko upravljanje - upravljanje bez izravnog ljudskog sudjelovanja.

Radnja unosa (NS)- utjecaj primijenjen na ulaz sustava ili uređaja.

Izlazni utjecaj (Y) - utjecaj nastao na izlazu sustava ili uređaja.

Vanjski utjecaj - utjecaj vanjskog okruženja na sustav.

Blok dijagram upravljačkog sustava za primjer 1 prikazan je na sl. 1.2.

Primjer 2. Shema automatske kontrole temperature ormara za sušenje.

Krug koristi živin termometar s RTK kontaktima. Kada temperatura poraste na unaprijed određenu vrijednost, kontakti se zatvaraju stupcem žive, svitak relejnog elementa RE se napaja i krug grijača H se otvara kontaktom RE. Kada temperatura padne, kontakti termometra se otvaraju, relej je bez napona, nastavljajući opskrbu energijom objekta (vidi sliku 1.3). 

R
je. 1.3

Primjer 3. Temperaturni ACP krug s mjernim mostom.

Pri temperaturi objekta jednakoj zadanoj, mjerni most M (vidi sliku 1.4) je uravnotežen, signal ne dolazi na ulaz elektroničkog pojačala EU, a sustav je u ravnoteži. Kada temperatura odstupi, otpor termistora R T se mijenja i ravnoteža mosta se narušava. Na EU ulazu se pojavljuje napon čija faza ovisi o predznaku temperaturnog odstupanja od zadane. Napon pojačan u EI ide na motor D, koji pokreće motor autotransformatora AT u odgovarajućem smjeru. Kada se postigne postavljena temperatura, most će se uravnotežiti i motor će se ugasiti.

(vježba)

Vrijednost zadane vrijednosti temperature postavlja se pomoću postavljenog otpornika R. 

Na temelju opisanih primjera moguće je odrediti tipičan blok dijagram ACP s jednim krugom (vidi sliku 1.5). Prihvaćene oznake:

x je radnja podešavanja (zadatak), e = x - y je regulacijska pogreška, u je upravljačka radnja, f je uznemirujuća radnja (poremećaj).

definicije:

Postavljanje efekta (isto kao i ulazno djelovanje X) - utjecaj na sustav, koji određuje traženi zakon varijacije kontrolirane varijable).

Kontrolirajući utjecaj (u) - utjecaj upravljačkog uređaja na objekt upravljanja.

Upravljački uređaj (UU) - uređaj koji utječe na objekt upravljanja kako bi se osigurao potreban način rada.

Uznemirujući utjecaj (f) - radnja koja nastoji poremetiti traženi funkcionalni odnos između referentnog djelovanja i kontrolirane vrijednosti.

Kontrolna pogreška (e = x - y) je razlika između propisane (x) i stvarne (y) vrijednosti kontrolirane varijable.

Regulator (P) - skup uređaja spojenih na regulirani objekt i koji osiguravaju automatsko održavanje zadane vrijednosti njegove regulirane vrijednosti ili njezinu automatsku promjenu prema određenom zakonu.

Sustav automatske regulacije (ACP) je automatski sustav sa zatvorenim krugom djelovanja, u kojem se kontrola (u) generira kao rezultat usporedbe prave vrijednosti y s danom vrijednošću x.

Dodatna veza u strukturnom dijagramu ACP-a, usmjerena od izlaza do ulaza razmatranog dijela lanca utjecaja, naziva se povratna informacija (OS). Povratne informacije mogu biti negativne ili pozitivne.

Automatizacija proizvodnih procesa glavni je smjer u kojem se proizvodnja trenutno kreće diljem svijeta. Sve ono što je osoba prije obavljala sama, njegove funkcije, ne samo fizičke, već i intelektualne, postupno se seli u tehnologiju, koja sama obavlja tehnološke cikluse i vrši kontrolu nad njima. To je sada glavni tok modernih tehnologija. Uloga osobe u mnogim industrijama već je svedena samo na kontrolor nad automatskim regulatorom.

U općem slučaju, koncept "kontrole procesa" shvaća se kao skup operacija potrebnih za pokretanje, zaustavljanje procesa, kao i održavanje ili promjenu u potrebnom smjeru fizičkih veličina (indikatora procesa). Pojedini strojevi, jedinice, aparati, uređaji, kompleksi strojeva i aparata kojima je potrebno upravljati, a koji provode tehnološke procese, nazivaju se objekti upravljanja ili upravljani objekti u automatizaciji. Upravljani objekti vrlo su raznoliki u svojoj namjeni.

Automatizacija tehnoloških procesa- zamjena fizičkog rada osobe utrošenog na upravljanje mehanizmima i strojevima radom posebnih uređaja koji osiguravaju ovu kontrolu (regulacija različitih parametara, dobivanje zadane produktivnosti i kvalitete proizvoda bez ljudske intervencije).

Automatizacija proizvodnih procesa omogućuje višestruko povećanje produktivnosti rada, poboljšanje njegove sigurnosti, ekološke prihvatljivosti, poboljšanje kvalitete proizvoda i učinkovitije korištenje proizvodnih resursa, uključujući ljudski potencijal.

Svaki se tehnološki proces kreira i provodi za određenu svrhu. Izrada konačnog proizvoda ili za dobivanje međurezultata. Dakle svrha automatizirane proizvodnje može biti sortiranje, transport, pakiranje proizvoda. Automatizacija proizvodnje može biti potpuna, složena i djelomična.

Djelomična automatizacija odvija se kada se jedna operacija ili zasebni proizvodni ciklus izvode u automatskom načinu rada. U ovom slučaju dopušteno je ograničeno sudjelovanje osobe u njemu. Do djelomične automatizacije najčešće dolazi kada se proces odvija prebrzo da bi i sam čovjek mogao u potpunosti sudjelovati u njemu, dok prilično primitivni mehanički uređaji, pokretani električnom opremom, izvrsno rade s njom.

Djelomična automatizacija, u pravilu, koristi se na već operativnoj opremi, ona je dodatak njoj. Ipak, najveću učinkovitost pokazuje kada je od samog početka uključen u opći sustav automatizacije – odmah se razvija, proizvodi i ugrađuje kao njegov sastavni dio.

Kompleksna automatizacija treba pokrivati ​​poseban veliki proizvodni prostor, može biti zasebna radionica, elektrana. U ovom slučaju, sva proizvodnja radi u načinu jednog međusobno povezanog automatiziranog kompleksa. Sveobuhvatna automatizacija proizvodnih procesa nije uvijek preporučljiva. Područje njegove primjene je moderna visokorazvijena proizvodnja koja se iznimno koristipouzdana oprema.

Kvar jednog od strojeva ili jedinice odmah zaustavlja cijeli proizvodni ciklus. Takva proizvodnja treba imati samoregulaciju i samoorganizaciju, koja se provodi prema prethodno izrađenom programu. U tom slučaju osoba sudjeluje u proizvodnom procesu samo kao stalni kontrolor, prati stanje cijelog sustava i njegovih pojedinih dijelova, intervenira u proizvodnji radi puštanja u rad i puštanja u rad te u slučaju izvanrednih situacija ili opasnost od takve pojave.

Najviša razina automatizacije proizvodnih procesa - potpuna automatizacija... S njom sam sustav ostvaruje ne samo proizvodni proces, već i potpunu kontrolu nad njim, koju provode automatski upravljački sustavi. Potpuna automatizacija ima smisla u isplativoj, održivoj proizvodnji s dobro uhodanim tehnološkim procesima s stalnim načinom rada.

Sva moguća odstupanja od norme moraju se unaprijed predvidjeti i razviti sustave zaštite od njih. Također, potpuna automatizacija neophodna je za rad koji može ugroziti ljudski život, zdravlje ili se izvodi na mjestima koja su mu nedostupna - pod vodom, u agresivnom okruženju, u svemiru.

Svaki sustav se sastoji od komponenti koje obavljaju određene funkcije. U automatiziranom sustavu senzori uzimaju očitanja i prenose ih kako bi donijeli odluku o tome kako kontrolirati sustav, naredbu već izvršava pogon. Najčešće je to električna oprema, jer je uz pomoć električne struje svrsishodnije izvršavati naredbe.

Potrebno je odvojiti automatizirani sustav upravljanja i automatski. Na automatizirani sustav upravljanja senzori prenose očitanja na upravljačku ploču operateru, a on, nakon donošenja odluke, prenosi naredbu izvršnoj opremi. Na automatski sustav- signal se analizira elektroničkim uređajima, oni, nakon donošenja odluke, daju naredbu izvršnim uređajima.

Ljudsko sudjelovanje u automatskim sustavima je ipak neophodno, iako kao kontrolor. Ima sposobnost u svakom trenutku intervenirati u tehnološki proces, ispraviti ga ili zaustaviti.

Dakle, senzor temperature može pokvariti i dati netočna očitanja. Elektronika će u ovom slučaju svoje podatke percipirati kao pouzdane, a da ih ne dovodi u pitanje.

Ljudski um višestruko je superiorniji u odnosu na mogućnosti elektroničkih uređaja, iako im je inferiorniji po brzini odgovora. Operater može shvatiti da je senzor neispravan, procijeniti rizike i jednostavno ga isključiti bez prekidanja procesa. Pritom mora biti potpuno siguran da to neće dovesti do nesreće. Iskustvo i intuicija, nedostupni strojevima, pomažu mu da donese odluku.

Takva ciljana intervencija u automatskim sustavima ne predstavlja ozbiljne rizike ako odluku donosi profesionalac. Međutim, isključivanje sve automatizacije i prijenos sustava u način ručnog upravljanja prepun je ozbiljnih posljedica zbog činjenice da osoba ne može brzo reagirati na promjenu situacije.

Klasičan primjer je nesreća u nuklearnoj elektrani u Černobilu, koja je postala najveća katastrofa prošlog stoljeća koju je uzrokovao čovjek. Dogodilo se to upravo zbog gašenja automatskog režima, kada već razvijeni programi za prevenciju izvanrednih situacija nisu mogli utjecati na razvoj situacije u reaktoru stanice.

Automatizacija pojedinih procesa počela je u industriji još u devetnaestom stoljeću. Dovoljno je prisjetiti se automatskog centrifugalnog regulatora za parne strojeve koji je dizajnirao Watt. No tek s početkom industrijske uporabe električne energije postala je moguća opsežnija automatizacija ne pojedinačnih procesa, već cijelih tehnoloških ciklusa. To je zbog činjenice da se prije toga mehanička sila prenosila na alatne strojeve pomoću prijenosa i pogona.

Centralizirana proizvodnja električne energije i njezina uporaba u industriji, uglavnom, započela je tek u dvadesetom stoljeću - prije Prvog svjetskog rata, kada je svaki stroj bio opremljen vlastitim elektromotorom. Upravo je ta okolnost omogućila da se mehanizira ne samo sam proizvodni proces na stroju, već i da se mehanizira njegovo upravljanje. Ovo je bio prvi korak ka stvaranju automatski strojevi... Prvi uzorci pojavili su se ranih 1930-ih. Tada se pojavio i sam pojam "automatizirana proizvodnja".

U Rusiji, tada u SSSR-u, prvi koraci u tom smjeru napravljeni su 30-ih i 40-ih godina prošlog stoljeća. Po prvi put u proizvodnji ležajnih dijelova korišteni su automatski alatni strojevi. Tada je uslijedila prva u svijetu potpuno automatizirana proizvodnja klipova za traktorske motore.

Tehnološki ciklusi spojeni su u jedan automatizirani proces, počevši od utovara sirovina do pakiranja gotovih dijelova. To je postalo moguće zahvaljujući raširenoj uporabi moderne električne opreme u to vrijeme, raznih releja, daljinskih prekidača i, naravno, pogona.

I tek je pojava prvih elektroničkih računala omogućila postizanje nove razine automatizacije. Sada se tehnološki proces prestao smatrati jednostavno skupom pojedinačnih operacija koje se moraju izvesti u određenom slijedu da bi se dobio rezultat. Sada je cijeli proces postao jedna cjelina.

Trenutno automatski sustavi upravljanja ne samo da provode proizvodni proces, već ga i kontroliraju, prate pojavu izvanrednih i izvanrednih situacija. Pokreću i zaustavljaju tehnološku opremu, prate preopterećenja i vježbaju radnje u slučaju nezgoda.

U posljednje vrijeme sustavi automatskog upravljanja olakšavaju obnovu opreme za proizvodnju novih proizvoda. Ovo je već cijeli sustav koji se sastoji od zasebnih automatskih multi-mode sustava povezanih sa središnjim računalom, koje ih povezuje u jedinstvenu mrežu i izdaje zadatke za izvršenje.

Svaki podsustav je zasebno računalo s vlastitim softverom dizajniranim za obavljanje vlastitih zadataka. Ovo je već fleksibilni proizvodni moduli. Nazivaju se fleksibilnim jer se mogu rekonfigurirati za druge tehnološke procese i time proširiti proizvodnju, verificirati je.

Vrhunac automatizirane proizvodnje je. Automatizacija je prožela proizvodnju od vrha do dna. Transportna linija za isporuku sirovina za proizvodnju radi automatski. Upravljanje i dizajn su automatizirani. Ljudsko iskustvo i inteligencija koriste se samo tamo gdje ih elektronika ne može zamijeniti.

Uvod ( Osnove automatizacije procesa)

U današnje vrijeme dolazi do naglog razvoja proizvodnje i uporabe samopokretnih strojeva i aparata, povećanja broja proizvodnih procesa koji se provode prema vrsti bespilotnih tehnologija. Različiti automatski uređaji prodiru u sve sfere ljudske djelatnosti, uključujući znanost, proizvodnju i svakodnevni život. Za inženjera bilo koje specijalnosti postalo je potrebno upoznati se s teorijskim osnovama i praktičnim primjenama automatizacije u odnosu na njegove profesionalne interese. To je posebno važno za inženjere elektrotehnike specijalizirane za područje automatiziranih električnih pogona, budući da se najveći dio njihove profesionalne djelatnosti sastoji u izradi opreme za automatizaciju različitih tehnoloških procesa, njenom prilagođavanju i radu u proizvodnom okruženju.

Uobičajeni tijek automatizacije tehnoloških procesa temelji se na tehnologiji određene proizvodnje: strojograditeljski, metalurški, kemijski, tekstilni itd. sustavi upravljanja procesnom opremom. Za stručnjake za automatizirani elektropogon važno je dobiti predodžbu o općim zadacima koje rješava automatizacija u suvremenoj visokomehaniziranoj i automatiziranoj proizvodnji, o mjestu elektromotornog pogona u sustavima automatizacije. Moraju proučiti osnove teorije automatizacije tehnoloških procesa i naučiti rješavati jednostavne tehničke probleme vezane uz projektiranje, izbor hardvera za automatizirane sustave, razvoj algoritama i softvera za njihov rad u specifičnim radnim uvjetima.

Termin automatizacija odnosi se na vrlo široku klasu proizvodnih procesa i drugih sustava za organizaciju rada i drugih ljudskih aktivnosti, u kojima se značajan broj operacija vezanih uz procese primanja, pretvaranja, prijenosa i korištenja energije, materijala i posebno informacija prenosi na specijalizirane tehničke uređaji, mehanizacija i upravljački strojevi ... Automatizirani procesi, uključujući upravljanje, regulaciju i (djelomično) kontrolu nad njima, odvijaju se autonomno, prema unaprijed pripremljenom programu i unesenom na posebnom programskom nosaču, tako da nema potrebe za izravnim ljudskim sudjelovanjem u njihovom normalnom funkcioniranju. Osoblju za održavanje ostaju samo funkcije opće kontrole, a po potrebi i popravka i podešavanja. Mehanizacija, koja se sastoji u zamjeni ručnog rada, fizičkih napora osobe strojnim operacijama, neizostavan je element automatizacije. Za razliku od jednostavne mehanizacije, automatizacija nužno uključuje prijenos operacija na upravljačke strojeve radi upravljanja i organiziranja procesa koji se automatizira u skladu s ciljem koji je prethodno formuliran i, moguće, dorađen tijekom provedbe procesa. Ciljevi automatizacije su višestruki. Oni mogu uključivati ​​rješavanje problema povećanja produktivnosti i učinkovitosti rada, poboljšanja kvalitete proizvoda, optimizacije upravljanja, osiguranja sigurnosti rada ljudi, zaštite okoliša itd.

Ciljevi automatizacije postižu se korištenjem automatizirani sustavi upravljanja(ACS), ACS je skup matematičkih metoda, tehničkih sredstava (glavna su računala i drugi mikroprocesorski uređaji), njihovih softverskih i organizacijskih kompleksa koji omogućuju kontrolu i praćenje parametara automatiziranih objekata u skladu s navedenim ciljem njihovog autonomno funkcioniranje. Među objektima automatizacije su:

tehnološki, energetski, transportni i drugi proizvodni procesi;

projektiranje raznih jedinica i strojeva, brodova, zgrada i drugih građevina, industrijskih kompleksa;

organizacija, planiranje i upravljanje unutar trgovine, poduzeća, gradilišta, vojne postrojbe i sl.;

znanstvena i tehnička istraživanja, medicinska dijagnostika, računovodstvo i obrada statističkih podataka, programiranje, kućanski aparati, sigurnosni sustavi itd.

Od sve navedene raznolikosti automatiziranih objekata razmotrit ćemo samo tehnološke procese industrijske proizvodnje. Automatizacijom potonjeg, funkcije upravljanja i nadzora koje su prethodno obavljali ljudi prenose se na automatske upravljačke uređaje i instrumente. Istovremeno se poboljšava mehanizacija pojedinih radnih operacija. Upravljački uređaji, koji putem povratnih kanala primaju informacije o promjenama praćenih parametara, kao što su veličina obrađenih proizvoda, brzina obrade, temperatura, oblik, u skladu s navedenim programom obrade, upravljački signali koji osiguravaju izvođenje programa obrade u optimalan način rada.

U prvom poglavlju razmatraju se opća pitanja automatizacije tehnoloških procesa, glavne funkcije i struktura sustava upravljanja procesima. Budući da je upravljanje tehnološkim procesom moguće zahvaljujući informacijskim procesima koji se formiraju paralelno s tekućim tehnološkim procesom, drugo poglavlje ispituje elemente teorije informacija u odnosu na formiranje procesa upravljanja informacijama. Ovdje se posebna pozornost posvećuje pitanjima kodiranja informacija u binarnim kodovima, budući da su ti kodovi temelj za funkcioniranje svih suvremenih upravljačkih uređaja. Poglavlje završava ispitivanjem načina organiziranja razmjene informacija putem njihovog prijenosa komunikacijskim kanalima u okviru sustava upravljanja procesima.

Izgradnja automatiziranog sustava upravljanja procesima nemoguća je bez dovoljno točnog i detaljnog opisa svojstava i karakteristika kontroliranog tehnološkog objekta (TO). Stoga je treće poglavlje posvećeno prikazu analitičkih i eksperimentalnih metoda za izradu TO modela koji odražava navedena svojstva i karakteristike.

Središnje mjesto u udžbeniku zauzimaju 4. i 5. poglavlja posvećena metodama analize i sinteze upravljačkih algoritama za sustave upravljanja procesima. Upravljački algoritmi prikazuju planirane načine rješavanja problema sustava upravljanja procesima stabilizacije i programske kontrole parametara i načina održavanja, čime se osigurava tijek tehničkih procesa u skladu s zadanim kriterijem optimalnosti. Posebna pozornost posvećena je razmatranju načina optimizacije načina rada TO s linearnim i nelinearnim karakteristikama te izradi blok dijagrama upravljačkih algoritama. Potonji su osnova za izradu upravljačkih programa u procesu programiranja hardvera sustava automatizacije.

Šesto poglavlje pokriva faze projektiranja automatiziranog sustava upravljanja procesima, počevši od odabira potrebnih tehničkih sredstava za izgradnju automatiziranog sustava upravljanja procesima, izrade tehničke specifikacije i završavajući izvedbenim projektom. Zaključno, u sedmom poglavlju kao primjer se razmatraju pitanja sustava automatizacije zgrada u strojarstvu temeljenih na CNC-u i programabilnim logičkim kontrolerima.

PREDGOVOR

UVOD

Poglavlje 1. OPĆI PODACI O AUTOMATSKOJ KONTROLI PROIZVODNIH PROCESA, KLASIFIKACIJA SUSTAVA AUTOMATSKE REGULACIJE (SAR)

1.1 Osnovni pojmovi i definicije teorije automatskog upravljanja

1.1 Načela regulacije

1.3 Algoritam (zakon) propisa 5

1.4 Osnovni zahtjevi za sustave automatskog upravljanja

2 Prijenosne funkcije linearnog sustava. Strukturni dijagrami i njihove transformacije

3 Statika automatskih upravljačkih sustava

3.1 Statičke karakteristike ATS elemenata i veza

3.2 Statičke karakteristike veza veze

4 Koncept stabilnosti sustava automatskog upravljanja

Poglavlje 2. METROLOŠKE KARAKTERISTIKE TEHNIČKIH MJERENJA

2.1 Osnovni mjeriteljski pojmovi i definicije. Koncept mjerenja

2 Vrste mjernih instrumenata (SI)

3 Sustavi i jedinice fizikalnih veličina

4 Mjeriteljske karakteristike mjernih instrumenata. Umjeravanje i ovjeravanje mjernih instrumenata

Poglavlje 3. ELEKTRIČNI SENZORI MEHANIČKIH VRIJEDNOSTI

3.1 Linearni i kutni koderi

2 senzora sile

3 senzora brzine

Poglavlje 4. METODE I SREDSTVA MJERENJA OSNOVNIH TEHNOLOŠKIH PARAMETARA

4.1 Električne metode mjerenja

2 Metode i sredstva mjerenja temperature

3 Metode i sredstva mjerenja razine

4 Metode i sredstva mjerenja tlaka

4.1 Metode izravnog mjerenja tlaka

4.2 Metode za neizravno mjerenje tlaka

5 Metode i sredstva mjerenja protoka

5.1 Protočni mjerači diferencijalnog tlaka

5.2 Mjerači protoka s konstantnim diferencijalnim tlakom

5.3 Elektromagnetski mjerači protoka

5.4 Ultrazvučni mjerači protoka

5.5 Mjerači promjenjive razine

5.6 Mjerači toplinskog protoka

5.7 Vrtložni mjerači protoka

5.8 Coriolisovi mjerači protoka

Poglavlje 5. METODE I OPREMA ZA MJERENJE VIBRACIJA

5.1 Metode mjerenja vibracija

2 Instrumenti za mjerenje vibracija

Poglavlje 6. MJERENJE FIZIKALNIH I KEMIJSKIH SVOJSTVA TEKUĆINA I PLINOVA

6.1 Mjerenje fizikalnih i kemijskih svojstava nafte i formacijskih voda

1.1 Mjerenje fizikalnih i kemijskih svojstava ulja

1.2 Mjerenje fizikalno-kemijskih svojstava formacijske vode

2 Mjerenje fizikalnih i kemijskih svojstava plinova

Poglavlje 7. RELEJNI ELEMENTI

7.1 AC i DC elektromagnetski releji

1.1 Konstantni elektromagnetski releji (neutralni)

1.2 AC elektromagnetski releji

2 magnetski upravljana kontakta (trstičaste sklopke)

Poglavlje 8. PRIJENOS INFORMACIJA U AUTOMATIZACIJSKIM SUSTAVIMA

8.1 Osnovne informacije o telemehaničkim sustavima

2 Podatkovna sučelja

Poglavlje 9. MIKROPROCESORI

9.1 Osnovne informacije o mikroprocesorima

2 Analogno-digitalna i digitalno-analogna pretvorba informacija

ZAKLJUČAK

KNJIŽEVNOST

PRILOZI

Dodatak 1. Kontrolni i mjerni materijali

Dodatak 2. Popis praktičnih i laboratorijskih radova

Prilog 3. Popis tema za naselja i grafičke radove (sažeci)

Dodatak 4. Popis osnovne i dodatne literature

PREDGOVOR

Udžbenik "Osnove automatizacije tehnoloških procesa proizvodnje nafte i plina" sadrži sustavan prikaz istoimene nastavne discipline, u potpunosti odgovara nastavnom planu i programu, i zapravo je glavni udžbenik za disciplinu. Odražava temeljna znanja definirana didaktičkim jedinicama Federalnog državnog obrazovnog standarda iz područja 131000 "Poslovanje s naftom i plinom", specijalnost "Rad i održavanje postrojenja za proizvodnju nafte". Sadržaj udžbenika uključuje opis metoda stjecanja i korištenja znanja iz područja automatizacije tehnoloških procesa, metodološke osnove osnovnih metoda i obrazaca funkcioniranja mjernih instrumenata i sustava automatizacije te razvoj područja djelovanja koja se u njima odražavaju. , kao i ključne probleme i glavne trendove u razvoju naftne i plinske industrije.

Svrha udžbenika je pružiti metodičku pomoć studentima u stvaranju potrebne polazne teorijske baze znanja za studente o osnovnim principima izgradnje sustava automatizacije proizvodnih procesa, kao io tehničkim sredstvima automatizacije na temelju kojih se izgrađeni su spomenuti sustavi. Prilikom proučavanja nastavnog materijala student će dobiti informacije o osnovama automatizacije mjernih procesa, vrstama i metodama mjerenja, uređaju i značajkama rada specifičnih senzora glavnih tehnoloških parametara, sekundarnih uređaja i mikroprocesorske tehnologije.

Svrha priručnika je pružiti studentima mogućnost proučavanja uređaja i principa rada određene opreme i opreme za automatizaciju, kao i nekih pravila za njihov rad.

U procesu proučavanja gradiva studenti se trebaju upoznati s osnovama i klasifikacijom metoda i mjernih instrumenata; dobiti jasnu predodžbu o tehnološkom kompleksu, o točkama hvatanja signala parametara tehnološkog procesa; ovladati shematskim dijagramima opreme, principima rada senzora i releja, tehničkim mogućnostima mikroprocesorske opreme i sredstava za automatizaciju, pravilima za izradu strukturnih dijagrama, kriterijima regulacije, izgledima za uvođenje računala u razvoj i rad bušotina, pravila za tehnički kompetentan rad opreme i automatizacije; steći vještine provođenja komparativne analize upravljanja i automatizacije; naučiti o složenosti korištenja alata za automatizaciju i izgledima za njihov razvoj.

Na temelju stečenog teoretskog znanja studenti trebaju naučiti izvođenje praktičnih i laboratorijskih radova, te naknadno biti sposobni montirati jednostavnu opremu, dešifrirati i analizirati dijagrame snimanja opreme, ocijeniti primljene informacije, ispraviti razvoj i načine rada sustava automatizacije za procesi proizvodnje nafte i plina pomoću specijalizirane opreme...

UVOD

Automatizacija tehnoloških procesa je odlučujući čimbenik u povećanju produktivnosti rada i poboljšanju kvalitete proizvoda.

Tehnološki procesi suvremenih industrijskih objekata zahtijevaju kontrolu velikog broja parametara i teško ih je kontrolirati. S tim u vezi, u projektiranju i radu industrijskih instalacija, iznimna se važnost pridaje pitanjima profesionalizma stručnjaka koji rade u poduzećima kompleksa goriva i energije.

Tijekom godina razvoja prerade nafte i petrokemijske industrije procesi su postali složeniji, što zahtijeva njihovu precizniju kontrolu. U prvoj polovici XX. stoljeća pojavili su se uređaji za registraciju i kontrolu parametara, takozvana instrumentacija - instrumentacija. Nastanak, formiranje i razvoj mjerno-regulacijskih uređaja, proces od automatskog upravljanja do automatiziranih upravljačkih sustava i upravljanja na makro i mikro razini sastavni je dio procesa proizvodnje nafte i plina, prerade nafte i petrokemije.

Daljnje poboljšanje uređaja za snimanje, praćenje i kontrolu parametara dovelo je do automatizacije i telemehanizacije prerade nafte i petrokemije. Potonje je dovelo do informatizacije i upravljanja procesima, odnosno do automatiziranih upravljačkih sustava (ACS).

I, naravno, napredak u inženjerstvu instrumenata i aparata u ACS-u zanimljiv je zadatak čije je rješenje nužno za određivanje daljnjih razvojnih perspektiva temeljenih na prevladavanju globalnih problema upravljanja u naftnom i plinskom sektoru.

Formulirano je šest glavnih suvremenih problema operativnog upravljanja proizvodnjom i automatizacije u proizvodnji nafte i plina:

Računovodstvo proizvodnje, kretanja i korištenja ugljikovodika, nafte, plina, naftnih derivata, za čije je rješavanje važno osigurati mogućnost praćenja računovodstvenih poslova, uključujući i iz licenciranih područja, kao i osigurati provođenje internih i eksterne revizije računovodstva nafte, što pak zahtijeva razvoj odgovarajućih mjernih instrumenata, kao i softvera i informacijskog sustava.

Upravljanje teritorijalnom imovinom, organizacija održavanja i popravka opreme, osiguranje sigurnosti proizvodnje i osoblja. Za rješavanje ovog problema potrebno je razviti softverske i informacijske alate koji osiguravaju računovodstvo, planiranje održavanja i popravaka, praćenje stanja proizvodnih sredstava i izvedenih radova; kontrola sklapanja i provedbe ugovora s izvođačima za izvođenje radova; kontrola prisutnosti osoblja u proizvodnim pogonima; mogućnost obuke osoblja na licu mjesta korištenjem simulatora; dostupnost na radnim mjestima ažurne dokumentacije o korištenju opreme, o tehnologiji izvođenja postupaka i operacija.

Visoka razina potrošnje energije u proizvodnji i potreba za mjerama uštede energije i energetske učinkovitosti. Za rješavanje ovog problema potrebni su softverski i informacijski alati za računovodstvo, planiranje održavanja i popravaka, praćenje stanja potrošnje energije po elementima tehnološkog procesa; identifikacija objekata potrošnje energije s viškom standardne razine potrošnje električne energije; kontrola provedbe mjera uštede energije.

Raznolikost sredstava ACS-a, modeliranja i informacijskih sustava. Ovaj problem zahtijeva razvoj softvera i informacijskih alata koji omogućuju formiranje niza početnih informacija za strateške (planovi razvoja i lokacije proizvodnje), srednjoročne (godišnji i mjesečni planovi) i operativne (dnevni i smjenski planovi) planovi upravljanja; ispunjavanje zahtjeva za sastavom i strukturom dokumenata u skladu s internim propisima poduzeća, zahtjevima standardizacije dioničara; objedinjavanje pristupa i razlikovanje ovlasti pri radu s dokumentima.

Minimiziranje troškova rada sustava uz maksimalnu razinu informacijske usluge koja se pruža donositeljima odluka. Za rješavanje problema potrebno je: izrada metodologije za obavljanje poslova na razvoju MES-razine, automatizacija do tada neautomatiziranih proizvodnih pogona i softverskih i informacijskih alata koji osiguravaju: održavanje baza podataka ažurnim i operativno stanje softvera sustava; nadzor nad radom softvera sustava (za razmjenu informacija s ACS sustavima, ERP-om i sl.); bilježenje radnji osoblja uključenog u rad sustava.

Povećanje sredstava i rada za vađenje svake tone nafte posljedica je činjenice da se polja jeftine nafte u Zapadnom Sibiru, otkrivena kasnih 1950-ih, postupno iscrpljuju. U naftonosnoj regiji uglavnom se nalaze rezerve s otežanom proizvodnjom, koje zahtijevaju nova tehnološka rješenja i dodatna kapitalna ulaganja. Za rješavanje ovog problema potrebno je poboljšati učinkovitost kapitalnih ulaganja i olakšati upravljanje povratom nafte; povećati učinkovitost kapitalnih ulaganja i olakšati upravljanje vađenjem nafte iz podzemlja kroz pristup koji se naziva “pametna polja”, “pametna polja”, “pametna naftna polja”, “pametne bušotine”; optimizirati rad svih terenskih objekata: bunara, rezervoara, cjevovoda i drugih površinskih objekata.

Poglavlje 1. OPĆI PODACI O AUTOMATSKOJ KONTROLI PROIZVODNIH PROCESA, KLASIFIKACIJA SUSTAVA AUTOMATSKE REGULACIJE (SAR)

1Osnovni pojmovi i definicije teorije automatske regulacije

Poznato je da je tehnički proces karakteriziran skupom podataka, vrijednosti, pokazatelja. Skup operacija za pokretanje, zaustavljanje procesa, održavanje postojanosti pokazatelja procesa ili njihovu promjenu prema zadanom zakonu naziva se kontrola.

Održavanje pokazatelja na zadanoj razini ili njihovo mijenjanje prema danom zakonu naziva se regulacija, t.j. regulacija je dio upravljanja. A ako se ti kontrolni procesi provode bez sudjelovanja osobe (operatera), onda se nazivaju automatskim.

Uređaj koji provodi tehnološki proces čije je pokazatelje potrebno kontrolirati ili regulirati naziva se kontrolirani objekt, odnosno kontrolirani objekt. Objekti upravljanja mogu biti isplačna pumpa, bušaća platforma, pogon bušaće opreme i sl. ili njihove pojedinačne jedinice koje izvode određene operacije tehnološkog procesa, na primjer vitlo za bušaće postrojenje.

Tehnički uređaj koji provodi upravljanje u skladu s programom (algoritmom) naziva se automatski upravljački uređaj.

Kombinacija upravljačkog objekta i upravljačkog uređaja naziva se automatski upravljački sustav (ACS).

Ne zanimaju nas sve operacije automatskog upravljanja, već samo regulacije, odnosno one operacije koje se odnose na održavanje ili promjenu parametara procesa.

Može se provesti bilo koji regulatorni proces

· bez kontrole rezultata - regulacija u otvorenom krugu;

· s kontrolom rezultata - regulacija zatvorene petlje.

Primjer upravljanja u otvorenom krugu bez kontrole rezultata (brzina protoka Q) je stabilizacija dovoda tekućine za ispiranje Q kada klipna pumpa radi punim kapacitetom kada je uključena odgovarajuća brzina mjenjača (nepromjenjivi pogon i br. ispuštanje tekućine za ispiranje). Ovdje, u slučaju značajnih (ne-hitnih) promjena u karakteristikama hidrauličkog puta (zbog muljanja donje rupe, ispadanja komada stijene sa stijenki bušotine, itd.), brzina protoka tekućina za bušenje ostaje konstantna.

U navedenom primjeru predmet upravljanja je muljna pumpa s fiksnim pogonom (pumpna jedinica). Upravljačko (regulacijsko) tijelo, koje mora sadržavati objekt za upravljanje dovodom tekućine za ispiranje, je mjenjač.

Otvoreno upravljanje se koristi mnogo rjeđe od upravljanja u zatvorenom krugu zbog nestabilnosti karakteristika elemenata. Elementi sustava podložni su raznim vrstama poremećaja. U prikazanom primjeru to može biti promjena faktora punjenja cilindara pumpe zbog promjene parametara tekućine za ispiranje ili usisnog puta.

Razmotrimo primjer upravljanja zatvorenom petljom s kontrolom rezultata – protoka Q. Na sl. 1.1 prikazuje blok dijagram regulatora (stabilizatora) protoka tekućine za ispiranje Q. Ovdje se protokom Q kontrolira senzorom protoka DR. Zadana vrijednost Z pomoću regulacije napona U stražnja strana postavlja se traženi protok Q. Brzina osovine motora n (dakle brzina protoka Q) određena je opterećenjem i naponom U G , što ovisi o vrijednosti ∆U.

∆U = U stražnja strana - U os1 , (1.1)

gdje si os1 - napon na izlazu senzora (U d ), proporcionalan protoku Q, i naziva se povratni napon. I ovaj odnos je u ovom slučaju negativan (konvencionalno označen zasjenjenjem sektora): smanjuje vrijednost U stražnja strana ... Kada brzina protoka Q odstupi od zadane vrijednosti, mijenja se i U os1 , što dovodi do promjene u n i tako vratiti brzinu protoka Q.

Automatsko održavanje zadanog zakona promjene pokazatelja procesa korištenjem povratne sprege naziva se automatska regulacija. U razmatranom primjeru jedan pokazatelj je Q. I zove se kontrolirana varijabla.

Dakle, na temelju razmatranog primjera pretpostavit ćemo da se automatski uređaj koji vrši automatsku regulaciju naziva automatski regulator.

Zauzvrat, objekt kojim upravlja regulator naziva se regulirani objekt.

Skup kontroliranog objekta i automatskog regulatora čine sustav automatskog upravljanja (ACS).

Po svojoj funkcionalnoj namjeni automatski se sustavi dijele na sustave automatskog upravljanja s otvorenim krugom, sustave automatskog upravljanja zatvorene petlje i sustave automatskog upravljanja.

Razmotrimo primjere koji pokazuju rad razmatranih sklopova.

1.Primjer. Elektronski stabilizator struje s filamentom. Dijagram prikazuje regulaciju otvorene petlje.

Održavanje konstantne struje žarne niti I N događa se bez sudjelovanja operatera, t.j. ne vrši se kontrola.

Primjer Ručna kontrola brzine ω osovina elektromotora.

Frekvencija rotacije ω osovina pogonskog motora D je funkcija napona na stezaljkama generatora U G , koji pri konstantnoj frekvenciji rotacije armature ( ω VD = const) određena je strujom u uzbudnom namotu OVG generatora. Za regulaciju ili održavanje konstantne brzine ω operater prati očitanja voltmetra V, graduirana u dimenzijama brzine vrtnje ω i, ručno mijenjanje struje P reostata I ovg u uzbudnom namotu, postiže traženu vrijednost ω.

Ovdje vidimo zatvoreni sustav upravljanja. Ali takav ručni sustav upravljanja ima značajan nedostatak: niska točnost upravljanja i nepoželjna prisutnost operatera. Osim toga, postoji niz uznemirujućih utjecaja: promjena momenta na osovini motora M S , promjene temperature medija, istrošenost četkica električnih strojeva i sl., pa stoga i netočnost upravljačkog sustava; sustav nije primjenjiv za brze procese.

Raspravljeni primjeri pružaju osnovu za razmatranje regulatornih načela.

1.1.1 Načela regulacije

Tijekom rada gore navedenih sustava, utjecaj vanjskih čimbenika (ometajući utjecaji) postaje očit. Najjednostavnije rješenje za obračun svake smetnje je ugradnja odgovarajućeg senzora. Međutim, ovaj pristup nije uvijek izvediv. Kao izlaz iz ove situacije obično se koriste tehnike prema kojima se ugradnjom senzora prvo mjeri odstupanje od zadane vrijednosti, a zatim se uvodi dopuna prema izmjerenom odstupanju (slično kao u primjeru s promjenom položaj klizača reostata P).

Postoje sljedeća osnovna načela regulacije:

· odstupanjem;

· bijes;

· kompenzacija;

· kombinirano.

Na slici 1.4 prikazan je sklop za automatsku kontrolu (stabilizaciju) brzine motora uz korištenje jednog senzora za praćenje odstupanja brzine od zadane vrijednosti, a to je tahogenerator.

Ovaj sklop, zapravo, je transformacija ručnog upravljačkog kruga (slika 1.3) u automatski upravljački krug (slika 1.4). Ovdje je operater zamijenjen električnim upravljačkim sustavom i sustavom za utjecaj na reostat P. Reostati P se uvode u krug. 1 i P 2, reverzibilni motor RD, elektroničko pojačalo EU i Redured, koji je mehanički spojen na reostatski motor R.

Razmotrite glavne regulatorne elemente (slika 1.4):

· objekt regulacije, a to je motor, svi ostali elementi su uključeni u regulator sustava;

· pokazatelj kontrolnog procesa, a to je kutna brzina ω , tj. regulirana vrijednost, koja može biti konstantna ili mijenjana u skladu s bilo kojim zakonom;

· regulacijsko tijelo, čiju ulogu igra sidreni lanac motora, mijenjajući položaj ili stanje kojega, možete promijeniti kontroliranu vrijednost;

· regulacijsko djelovanje - napon u sidrenom lancu motora;

· vrijednost postavke (utjecaj) sustava - U stražnja strana ; odnosno to je takva veličina koja je proporcionalna ili funkcionalno povezana s kontroliranom količinom i služi za promjenu razine potonje; preko U stražnja strana postavlja se određena vrijednost ω.

Ako je ∆U = U stražnja strana - U ose = 0, tada će doći do stanja ravnoteže. U ose je povratni napon, koji je proporcionalan kontroliranoj vrijednosti ω. Kad se promijeni ω ( zbog promjene trenutka M s otpor na osovini motora), mijenja se povratni napon U koji stvara tahogenerator ose , ravnoteža (∆U ≠ 0) je poremećena, što vodi duž lanca (EU - RD - Red - R - I ovg ) do promjene napona koji stvara generator U G te na obnovu kontrolirane vrijednosti ω.

U razmatranoj shemi upravljanje kontroliranom varijablom provodi se na aktivan način, a krug prijenosa signala od izlaza do ulaza sustava naziva se glavna povratna sprega.

Načelo regulacije, koje je položeno u krug (slika 1.4), naziva se princip upravljanja odstupanjem. Sustavi izgrađeni prema ovom principu uvijek sadrže povratnu informaciju. To znači da rade u zatvorenom krugu.

Pod automatskim regulacijskim sustavom za odstupanje podrazumijevamo sustav u kojem se mjeri odstupanje kontrolirane vrijednosti od zadane vrijednosti, a u funkciji vrijednosti odstupanja generira se određeno regulacijsko djelovanje koje to odstupanje svodi na minimalnu vrijednost. .

Imajte na umu i zapamtite da sustavi kontrole odstupanja uvijek trebaju sadržavati glavnu negativnu povratnu informaciju.

Drugi princip upravljanja, koji se mnogo rjeđe koristi u automatskim regulatorima, je princip upravljanja smetnjama ili princip kompenzacije, kao i kompenzacija smetnji.

Na sl. 1.5 prikazuje strujni krug generatora istosmjerne struje. Ova ilustracija objašnjava princip kontrole smetnji. Ovdje generator radi na promjenjivom opterećenju R n ... Napon U je podesiva varijabla. EMF generatora proporcionalna je uzbudnom toku Φ v E G = k Φ v .

U = E - I n R a , (1.2)

E = U + I n R a = ja n R n + ja n R a = ja n (R a + R n ) (1.3)

Pretpostavimo da kada je struja I n napon U = U O = konst. Tada uvjet mora biti zadovoljen

E = U O + Δ E = U O + ja n R a = k ( Φ u + ΔΦ v ). (1.4)

Sredstva, Δ E će se promijeniti zbog

Φ v U O = k Φ u i ΔΦ v = (R a / k) ja n = c I n , (1.5)

oni. kontrolirana promjena varijable ΔΦ mora biti proporcionalna struji opterećenja I n ... Ovaj uvjet je ispunjen zbog složenog namota, koji daje dodatni tok uzbude Φ dodati proporcionalno opterećenju smetnji - struja I N ... Na temelju toga, glavni namot (glavni uzbudni tok F glavni ) namijenjen je stvaranju početnog napona U O. Značenje Δ E je određen složenim namotom. Oba namota stvaraju ukupni magnetski tok F u.

Kao rezultat promjene struje opterećenja I N ukupni protok F u , i napon U O konstantno. Ovo je primjer implementacije principa kompenzacije u regulaciji, kada se pri mjerenju opterećenja (poremećaja) u funkciji izmjerene vrijednosti generira određeno regulacijsko djelovanje koje omogućuje da kontrolirana varijabla ostane konstantna. Sustavi koji rade prema ovom principu kompenzacije su sustavi otvorene petlje koji nemaju povratnu informaciju.

Glavna prednost takvih sustava je izvedba. Istodobno, sustav ima i niz nedostataka:

· zbog činjenice da objekt ima više ometajućih utjecaja te je za kompenzacijske sustave potrebno svaki remetni utjecaj posebno izmjeriti iu njegovoj funkciji razviti regulacijski utjecaj koji značajno otežava sustav;

· problem mjerenja neelektričnih ometajućih utjecaja;

· dvosmislenost i složenost ovisnosti regulacije o remetećem utjecaju.

Zbog ovih nedostataka, razmatrani sustavi se koriste znatno rjeđe u usporedbi sa sustavima koji implementiraju princip kontrole odstupanja.

Treće načelo regulacije je kombinirano (kombinacija prva dva načela). Koristi se još rjeđe od prva dva. Prednosti i nedostaci su isti. Sustavi su prilično složeni i njihovo proučavanje još nije pruženo.

1.2 Klasifikacija sustava automatskog upravljanja

Prema zakonu reprodukcije (promjene) kontrolirane vrijednosti, upravljački sustavi zatvorene petlje podijeljeni su u tri vrste:

· stabilizacijski sustavi,

· softverski upravljački sustavi,

· sustavi za praćenje.

Oni se međusobno ne razlikuju temeljno, već samo po načinu rada i konstruktivno. Imaju zajedničku teoriju i proučavaju se pomoću istih metoda.

Sustav stabilizacije je sustav za održavanje konstantne kontrolirane vrijednosti. Gore navedeni sustavi su stabilizacijski sustavi.

U softverskim upravljačkim sustavima, kontrolirana vrijednost mora se mijenjati prema unaprijed određenom programu u vremenu.

Sustav za praćenje. Ovdje se kontrolirana varijabla mijenja prema nepoznatom proizvoljnom zakonu. Zakon je određen nekim vanjskim utjecajem postavke (arbitrarno).

Ovisno o prirodi regulatornog utjecaja na završni element, sustavi automatskog upravljanja se dijele na:

· kontinuirani sustavi,

· puls i

· relejna regulacija.

U sustavima kontinuiranog upravljanja, signali na izlazu svih elemenata sustava su kontinuirane funkcije signala na ulazu elemenata.

Sustavi pulsne kontrole odlikuju se činjenicom da se u njima, u redovitim intervalima, upravljačka petlja otvara i zatvara posebnim uređajem. Vrijeme regulacije dijeli se na impulse, tijekom kojih se procesi odvijaju na isti način kao u sustavima kontinuirane regulacije, i na intervale tijekom kojih prestaje utjecaj regulatora na sustav. Takvi se regulatori koriste za regulaciju sporih procesa (regulacija temperature u industrijskim pećima, temperature i tlaka u kotlovima).

U relejnim upravljačkim sustavima upravljačku petlju otvara jedan od elemenata sustava (relejni element), ovisno o vanjskim utjecajima.

Ovisno o rezultatima dobivenim automatskom regulacijom, razlikuju se dvije vrste automatske regulacije:

· statički i

· astatičan.

Statička je takva automatska regulacija u kojoj kontrolirana varijabla s različitim stalnim vanjskim utjecajima na objekt upravljanja poprima različite vrijednosti na kraju prijelaznog procesa, ovisno o veličini vanjskog utjecaja (na primjer, opterećenje).

Na sl. 1.6, a prikazan je regulator razine vode u spremniku. U regulatoru razine vode, s povećanjem protoka vode q, razina se smanjuje, ventil se otvara kroz plovak i polugu, dotok q 1 povećava i obrnuto.

Sustav statičkog upravljanja ima sljedeća karakteristična svojstva:

ravnoteža sustava moguća je pri različitim vrijednostima kontrolirane varijable;

svaka vrijednost kontrolirane varijable odgovara jednom definiranom položaju regulacijskog tijela.

Za provedbu takve veze između senzora i aktuatora, upravljačka petlja se mora sastojati od takozvanih statičkih veza, u kojima, u stanju ravnoteže, izlazna vrijednost jedinstveno ovisi o ulazu:. To je zbog činjenice da je brzina protoka vode q jednaka protoku q1 na nekoj strogo definiranoj razini H. Brzina protoka će se promijeniti, razina će se promijeniti, brzina protoka će biti jednaka brzini protoka - i opet doći će do ravnoteže.

Regulator koji vrši statičku regulaciju naziva se statički regulator.

Za karakterizaciju stupnja ovisnosti odstupanja kontrolirane vrijednosti o opterećenju u teoriji regulacije koristi se koncept neravnomjernosti, odnosno statizma regulacije.

Neka graf ovisnosti stacionarnih vrijednosti regulirane varijable x o opterećenju q (kontrolna karakteristika) ima oblik prikazan na slici 1.6, b (kontrolna karakteristika je data u određenim koordinatama za razinu vode regulator u spremniku; ispod su koordinate dane u općem obliku, za sve statičke regulatore). Maksimalna vrijednost regulirane vrijednosti xmax odgovara radu objekta u praznom hodu (bez opterećenja); minimalna vrijednost - nazivno opterećenje - qnom.

Za određivanje statizma regulacije koristit ćemo relativne koordinate:

gdje je φ relativna vrijednost kontrolirane varijable;

Sama regulirana vrijednost;

Minimalna vrijednost kontrolirane varijable (pri nominalnom načinu rada);

i qnom - osnovne vrijednosti količina;

λ je relativna vrijednost opterećenja.

Tada je nepravilnost δ (ili statizam) sustava u općem slučaju djelomična derivacija u danoj točki (ili relativna strmina karakteristike regulacije u ovoj točki):

Ako je kontrolna karakteristika linearna, tada će statizam biti konstantan za sve vrijednosti opterećenja. A može se definirati ovako:

Statički regulator ne održava strogo konstantnu vrijednost kontrolirane varijable, već s greškom, koja se naziva statička greška sustava. Dakle, statizam regulacije je relativna statička greška kada se opterećenje mijenja iz praznog hoda u nominalno.

U nekim sustavima, statička pogreška (čak i ako stoti dio postotka) je nepoželjna, a zatim prijeđite na regulaciju, u kojoj je jednaka nuli - na astatičku regulaciju. Upravljačka karakteristika takvog sustava predstavljena je linijom paralelnom s osi opterećenja.

Astatičkom se naziva automatska regulacija, u kojoj, pri različitim konstantnim vrijednostima vanjskog utjecaja na objekt, odstupanje kontrolirane vrijednosti od zadane vrijednosti na kraju prijelaznog procesa postaje nula.

U astatičkom regulatoru razine H vode u spremniku (slika 1.7), plovak pomiče klizač reostata na jednu ili drugu stranu, ovisno o promjeni razine od zadane vrijednosti, čime se pokreće motor koji kontrolira položaj zaklopke. . Motor će se isključiti kada razina vode dosegne zadanu vrijednost.

Astatski upravljački sustav ima sljedeće karakteristične značajke:

ravnoteža sustava se odvija samo s jednom vrijednošću kontrolirane varijable koja je jednaka zadanoj;

regulator ima mogućnost zauzimanja različitih položaja pri istoj vrijednosti regulirane veličine.

U stvarnim kontrolerima, prvi uvjet je ispunjen nekom greškom. Da bi se ispunio drugi uvjet, u upravljačku petlju se uvodi takozvana astatička veza. U navedenom primjeru motor ima svojstvo da, u nedostatku napona, njegova osovina miruje u bilo kojem položaju, a u prisutnosti napona neprekidno se okreće.

Ovisno o izvoru energije koju prima regulator, razlikuje se

· izravni i

· neizravna regulacija.

U sustavima izravnog upravljanja, energija za premještanje upravljačkog elementa dobiva se od senzora (na primjer, statičkog regulatora razine vode).

U sustavima neizravnog upravljanja, energija za premještanje upravljačkog elementa dobiva se iz vanjskog izvora (na primjer, astatski regulator razine vode).

Automatski upravljački sustavi s nekoliko podesivih vrijednosti (na primjer, tlak pare u kotlu, dovod vode u kotao, dovod goriva i zraka u peć) dijele se na nepovezane i spojene upravljačke sustave.

Sustavi nepovezane regulacije su oni u kojima regulatori dizajnirani za regulaciju različitih veličina nisu međusobno povezani i mogu djelovati samo kroz zajednički objekt regulacije za njih. Ako u sustavu nepovezane regulacije promjena jedne od reguliranih vrijednosti povlači za sobom promjenu drugih reguliranih vrijednosti, tada se takav sustav naziva ovisni; a ako nije, onda se sustav naziva neovisnim.

Spojeni upravljački sustavi su oni u kojima su regulatori različitih kontroliranih veličina međusobno povezani i uz objekt upravljanja.

Sustav spregnute regulacije naziva se autonomnim ako su veze između regulatora uključenih u njega takve da promjena jedne od reguliranih vrijednosti tijekom procesa regulacije ne uzrokuje promjenu preostalih reguliranih vrijednosti.

Zatvoreni autonomni upravljački sustavi sa samo jednom (glavnom) povratnom spregom nazivaju se jednostruki. Automatski upravljački sustavi koji, osim jedne glavne povratne sprege, imaju jednu ili više glavnih ili lokalnih povratnih informacija, nazivaju se višepetlji.

Ovisno o vrsti karakteristika elemenata koji čine sustave, svi sustavi se dijele na:

· linearni i

· nelinearne.

Linearni sustavi nazivaju se sustavi koji se sastoje samo od elemenata s linearnim karakteristikama; prolazni procesi u takvim elementima opisuju se linearnim diferencijalnim jednadžbama.

Sustavi koji imaju jedan ili više elemenata s nelinearnim karakteristikama nazivaju se nelinearni; prijelazni procesi u takvim sustavima opisuju se nelinearnim diferencijalnim jednadžbama.

Kada su razvrstani prema vrsti korištene energije, svi se sustavi mogu podijeliti na:

· električni,

· hidraulički,

· pneumatski,

· elektrohidraulični,

· elektropneumatski itd.

Ovisno o broju reguliranih vrijednosti automatskog upravljačkog sustava (ACS):

jednodimenzionalni,