Profesinio mokymo ministerija

Tomsko politechnikos universitetas

Skorospeškinas M.V.

Gamybos procesų automatizavimo pagrindai

Paskaitų konspektai

1 dalis. Automatinio valdymo teorija (TAU)

1. Pagrindiniai TAU terminai ir apibrėžimai.

1.1. Pagrindinės sąvokos.

Šiuolaikinių technologinių procesų valdymo sistemos pasižymi daugybe technologinių parametrų, kurių skaičius gali siekti kelis tūkstančius. Norint išlaikyti reikiamą veikimo režimą ir galiausiai gaminių kokybę, visos šios vertės turi būti pastovios arba keičiamos pagal tam tikrą įstatymą.

Technologinio proceso eigą lemiantys fizikiniai dydžiai vadinami proceso parametrai ... Pavyzdžiui, technologinio proceso parametrai gali būti: temperatūra, slėgis, srautas, įtampa ir kt.

Vadinamas technologinio proceso parametras, kuris turi būti pastovus arba keičiamas pagal tam tikrą dėsnį reguliuojama vertė arba reguliuojamas parametras .

Vadinama valdomo kintamojo reikšmė nagrinėjamu laiko momentu momentinė vertė .

Kontroliuojamo kintamojo reikšmė, gauta nagrinėjamu laiko momentu remiantis tam tikro matavimo prietaiso duomenimis, vadinama jo išmatuota vertė .

1 pavyzdys. Rankinio džiovinimo spintos temperatūros reguliavimo schema.

Temperatūrą džiovinimo spintoje reikia rankiniu būdu palaikyti T lygyje atgal.

Žmogaus operatorius, atsižvelgdamas į gyvsidabrio termometro RT rodmenis, jungikliu P įjungia arba išjungia šildymo elementą H. 

Remdamiesi šiuo pavyzdžiu, galite įvesti apibrėžimus:

Valdymo objektas (reguliavimo objektas, OU) - įrenginys, kurio reikiamas veikimo režimas turi būti palaikomas iš išorės specialiai organizuotais valdymo veiksmais.

Kontrolė - valdymo veiksmų, užtikrinančių reikiamą OS veikimo režimą, formavimas.

reglamentas - tam tikras valdymo tipas, kai užduotis yra užtikrinti bet kokios OA išvesties vertės pastovumą.

Automatinis valdymas - valdymas vykdomas be tiesioginio žmogaus dalyvavimo.

Įvesties veiksmas (NS)- sistemos arba įrenginio įvesties poveikį.

Išvesties poveikis (Y) - sistemos arba įrenginio išvesties poveikis.

Išorinė įtaka - išorinės aplinkos poveikis sistemai.

1 pavyzdžio valdymo sistemos blokinė schema parodyta Fig. 1.2.

2 pavyzdys. Džiovinimo spintos automatinio temperatūros reguliavimo schema.

Grandinėje naudojamas gyvsidabrio termometras su RTK kontaktais. Kai temperatūra pakyla iki iš anksto nustatytos vertės, kontaktai uždaromi gyvsidabrio stulpeliu, įjungiama relės elemento RE ritė ir kontaktu RE atidaroma šildytuvo grandinė H. Temperatūrai nukritus, atsidaro termometro kontaktai, išjungiama relė, atnaujinama energijos tiekimas objektui (žr. 1.3 pav.). 

R
yra. 1.3

3 pavyzdys. Temperatūros AKR grandinė su matavimo tilteliu.

Esant objekto temperatūrai, lygiai duotajai, matavimo tiltelis M (žr. 1.4 pav.) yra subalansuotas, signalas nepatenka į elektroninio stiprintuvo EU įėjimą, sistema yra pusiausvyroje. Nukrypus temperatūrai, pasikeičia termistoriaus R T varža ir sutrinka tiltelio pusiausvyra. EU įėjime atsiranda įtampa, kurios fazė priklauso nuo temperatūros nuokrypio nuo nustatyto ženklo. EI sustiprinta įtampa patenka į variklį D, kuris judina autotransformatoriaus AT variklį atitinkama kryptimi. Pasiekus nustatytą temperatūrą tiltas susibalansuoja ir variklis išsijungs.

(pratimas)

Nustatytos temperatūros vertės reikšmė nustatoma naudojant rezistorių R set. 

Remiantis aprašytais pavyzdžiais, galima nustatyti tipinę vienos grandinės ACP blokinę schemą (žr. 1.5 pav.). Priimtini pavadinimai:

x – nustatymo veiksmas (užduotis), e = x – y – valdymo klaida, u – valdymo veiksmas, f – trikdantis veiksmas (trikdymas).

Apibrėžimai:

Nustatymo efektas (tas pats, kaip ir įvesties veiksmas X) – poveikis sistemai, lemiantis reikiamą valdomo kintamojo kitimo dėsnį).

Kontroliuojanti įtaką (u) – valdymo įtaiso įtaka valdymo objektui.

Valdymo įtaisas (UU) – įtaisas, įtakojantis valdymo objektą, siekiant užtikrinti reikiamą veikimo režimą.

Trikdantis poveikis f) – veiksmas, linkęs sutrikdyti reikiamą funkcinį ryšį tarp atskaitos veiksmo ir valdomos vertės.

Valdymo klaida (e = x - y) yra skirtumas tarp nustatytų (x) ir faktinių (y) kontroliuojamo kintamojo verčių.

Reguliatorius (P) - prietaisų rinkinys, prijungtas prie reguliuojamo objekto ir užtikrinantis automatinį tam tikros jo reguliuojamos vertės palaikymą arba jos automatinį keitimą pagal tam tikrą įstatymą.

Automatinė reguliavimo sistema (ACP) yra automatinė sistema su uždara veikimo grandine, kurioje valdymas (u) generuojamas lyginant tikrąją y reikšmę su nurodyta x reikšme.

Papildomas ryšys ACP struktūrinėje schemoje, nukreiptas iš išėjimo į nagrinėjamos įtakos grandinės atkarpos įvestį, vadinamas grįžtamuoju ryšiu (OS). Atsiliepimai gali būti neigiami arba teigiami.

Gamybos procesų automatizavimas yra pagrindinė kryptis, kuria šiuo metu pasaulyje juda gamyba. Viskas, ką anksčiau atliko pats žmogus, jo funkcijos, ne tik fizinės, bet ir intelektualinės, pamažu pereina prie technologijų, kurios pati atlieka technologinius ciklus ir juos kontroliuoja. Dabar tai yra pagrindinė šiuolaikinių technologijų kryptis. Žmogaus vaidmuo daugelyje pramonės šakų jau yra sumažintas iki tik valdiklio virš automatinio valdiklio.

Bendruoju atveju sąvoka „proceso valdymas“ suprantama kaip visuma operacijų, reikalingų procesui pradėti, sustabdyti, taip pat palaikyti ar keisti reikiama fizikinių dydžių (proceso rodiklių) kryptimi. Atskiros mašinos, mazgai, aparatai, prietaisai, mašinų ir aparatų kompleksai, kuriuos reikia valdyti, kurie atlieka technologinius procesus, automatikoje vadinami valdymo objektais arba valdomais objektais. Tvarkomi objektai yra labai įvairūs pagal paskirtį.

Technologinių procesų automatizavimas- žmogaus fizinio darbo, praleisto valdant mechanizmus ir mašinas, pakeitimas specialių prietaisų, užtikrinančių šią kontrolę, veikimu (įvairių parametrų reguliavimas, tam tikro produktyvumo ir produkto kokybės gavimas be žmogaus įsikišimo).

Gamybos procesų automatizavimas leidžia daug kartų padidinti darbo našumą, pagerinti jos saugumą, ekologiškumą, gerinti gaminių kokybę ir efektyviau panaudoti gamybos išteklius, įskaitant žmogiškąjį potencialą.

Bet koks technologinis procesas kuriamas ir vykdomas tam tikram tikslui. Gaminant galutinį produktą arba norint gauti tarpinį rezultatą. Taigi automatizuotos gamybos tikslas gali būti prekės rūšiavimas, transportavimas, pakavimas. Gamybos automatizavimas gali būti pilnas, sudėtingas ir dalinis.

Dalinis automatizavimas vyksta, kai automatiniu režimu atliekama viena operacija arba atskiras gamybos ciklas. Šiuo atveju leidžiamas ribotas asmens dalyvavimas jame. Dažniausiai dalinė automatizacija vyksta tada, kai procesas vyksta per greitai, kad pats žmogus galėtų pilnai jame dalyvauti, o su juo puikiai susidoroja gana primityvūs mechaniniai įrenginiai, varomi elektros įrangos.

Dalinė automatizacija, kaip taisyklė, naudojama jau veikiančioje įrangoje, tai yra jos papildymas. Tačiau didžiausią efektyvumą jis parodo tada, kai nuo pat pradžių įtrauktas į bendrą automatikos sistemą – iš karto kuriama, gaminama ir montuojama kaip neatsiejama jos dalis.

Sudėtinga automatika turėtų apimti atskirą didelį gamybos plotą, tai gali būti atskiras cechas, elektrinė. Šiuo atveju visa gamyba veikia vieno tarpusavyje sujungto automatizuoto komplekso režimu. Visapusiškas gamybos procesų automatizavimas ne visada patartinas. Jo taikymo sritis – moderni labai išvystyta gamyba, kuri naudoja itin daugpatikima įranga.

Sugedus vienai iš mašinų ar agregatų iš karto sustabdomas visas gamybos ciklas. Tokia gamyba turėtų turėti savireguliaciją ir saviorganizaciją, kuri vykdoma pagal anksčiau sukurtą programą. Šiuo atveju asmuo gamybos procese dalyvauja tik kaip nuolatinis kontrolierius, stebintis visos sistemos ir atskirų jos dalių būklę, įsikiša į gamybą paleidimui ir paleidimui bei avarinių situacijų atveju, arba tokio įvykio grėsmė.

Aukščiausias gamybos procesų automatizavimo lygis - pilna automatika... Pas ją pati sistema atlieka ne tik gamybos procesą, bet ir visišką jo kontrolę, kurią atlieka automatinės valdymo sistemos. Visiškas automatizavimas yra prasmingas ekonomiškai efektyvioje, tvarioje gamyboje su nusistovėjusiais technologiniais procesais ir nuolatiniu darbo režimu.

Visi galimi nukrypimai nuo normos turi būti numatyti iš anksto, sukurtos apsaugos nuo jų sistemos. Taip pat visiška automatizacija būtina darbams, kurie gali kelti grėsmę žmogaus gyvybei, sveikatai arba atliekami jam nepasiekiamose vietose – po vandeniu, agresyvioje aplinkoje, erdvėje.

Kiekviena sistema sudaryta iš komponentų, kurie atlieka tam tikras funkcijas. Automatizuotoje sistemoje jutikliai ima rodmenis ir perduoda juos, kad priimtų sprendimą, kaip valdyti sistemą, komandą jau vykdo pavara. Dažniausiai tai yra elektros įranga, nes būtent elektros srovės pagalba yra tikslingiau vykdyti komandas.

Būtina atskirti automatizuotą valdymo sistemą ir automatinę. At automatizuota valdymo sistema jutikliai perduoda rodmenis į valdymo pultą operatoriui, o jis, priėmęs sprendimą, perduoda komandą vykdomajai įrangai. At automatine sistema- signalas analizuojamas elektroniniais prietaisais, jie, priėmę sprendimą, duoda komandą vykdantiems įrenginiams.

Žmogaus dalyvavimas automatinėse sistemose vis dėlto būtinas, nors ir kaip valdytojas. Jis turi galimybę bet kada įsikišti į technologinį procesą, jį ištaisyti ar sustabdyti.

Taigi, temperatūros jutiklis gali sugesti ir pateikti neteisingus rodmenis. Elektronika tokiu atveju savo duomenis suvoks kaip patikimus, jų neabejodama.

Žmogaus protas daug kartų pranašesnis už elektroninių prietaisų galimybes, nors atsako greičiu nusileidžia jiems. Operatorius gali suprasti, kad jutiklis yra sugedęs, įvertinti riziką ir tiesiog jį išjungti nenutraukdamas proceso. Tuo pačiu jis turi būti visiškai tikras, kad tai neįvyks avarijos. Jam apsispręsti padeda patirtis ir intuicija, kuri mašinoms neprieinama.

Toks kryptingas įsikišimas į automatines sistemas nekelia rimtų pavojų, jei sprendimą priima profesionalas. Tačiau visos automatikos išjungimas ir sistemos įjungimas į rankinio valdymo režimą yra kupinas rimtų pasekmių dėl to, kad žmogus negali greitai reaguoti į pasikeitusią situaciją.

Klasikinis pavyzdys – avarija Černobylio atominėje elektrinėje, kuri tapo didžiausia praėjusio amžiaus žmogaus sukelta katastrofa. Taip atsitiko būtent dėl ​​automatinio režimo išjungimo, kai jau sukurtos avarinių situacijų prevencijos programos negalėjo turėti įtakos situacijos stoties reaktoriuje raidai.

Atskirų procesų automatizavimas pramonėje prasidėjo dar XIX a. Užtenka prisiminti Watt sukurtą automatinį išcentrinį reguliatorių garo varikliams. Tačiau tik prasidėjus pramoniniam elektros naudojimui tapo įmanoma plačiau automatizuoti ne atskirus procesus, o ištisus technologinius ciklus. Taip yra dėl to, kad prieš tai mechaninė jėga buvo perduodama staklėms naudojant transmisijas ir pavaras.

Centralizuota elektros gamyba ir jos naudojimas pramonėje iš esmės prasidėjo tik XX amžiuje – prieš Pirmąjį pasaulinį karą, kai kiekviena mašina buvo aprūpinta savo elektros varikliu. Būtent ši aplinkybė leido mechanizuoti ne tik patį gamybos procesą mašinoje, bet ir mechanizuoti jos valdymą. Tai buvo pirmasis žingsnis kuriant automatinės mašinos... Pirmieji jų pavyzdžiai pasirodė 1930-ųjų pradžioje. Tada atsirado pats terminas „automatizuota gamyba“.

Rusijoje, tuometinėje SSRS, pirmieji žingsniai šia kryptimi buvo padaryti praėjusio amžiaus 30–40-aisiais. Pirmą kartą guolių dalių gamyboje panaudotos automatinės staklės. Tada prasidėjo pirmoji pasaulyje visiškai automatizuota traktorių variklių stūmoklių gamyba.

Technologiniai ciklai buvo sujungti į vieną automatizuotą procesą, pradedant žaliavų pakrovimu ir baigiant gatavų detalių pakavimu. Tai tapo įmanoma dėl plačiai paplitusios tuo metu modernios elektros įrangos, įvairių relių, nuotolinių jungiklių ir, žinoma, pavarų.

Ir tik pirmųjų elektroninių kompiuterių atsiradimas leido pasiekti naują automatizavimo lygį. Dabar technologinis procesas nebėra laikomas tiesiog atskirų operacijų rinkiniu, kurį reikia atlikti tam tikra seka norint gauti rezultatą. Dabar visas procesas tapo viena visuma.

Šiuo metu automatinės valdymo sistemos ne tik atlieka gamybos procesą, bet ir jį kontroliuoja, stebi avarinių ir avarinių situacijų atsiradimą. Jie paleidžia ir sustabdo technologinę įrangą, stebi perkrovas, praktikuoja veiksmus avarijų atveju.

Pastaruoju metu automatinės valdymo sistemos leidžia nesunkiai perstatyti naujų produktų gamybos įrangą. Tai jau visa sistema, susidedanti iš atskirų automatinių kelių režimų sistemų, sujungtų su centriniu kompiuteriu, kuris jas sujungia į vieną tinklą ir išduoda vykdyti užduotis.

Kiekviena posistemė yra atskiras kompiuteris su savo programine įranga, skirta atlikti savo užduotis. Tai jau yra lankstūs gamybos moduliai. Jie vadinami lanksčiais, nes juos galima perkonfigūruoti kitiems technologiniams procesams ir taip išplėsti gamybą, ją paversti.

Automatizuotos gamybos viršūnė yra. Automatika persmelkė gamybą iš viršaus į apačią. Transporto linija žaliavų gamybai pristatymui veikia automatiškai. Valdymas ir projektavimas yra automatizuoti. Žmogaus patirtis ir intelektas naudojami tik ten, kur elektronika jo negali pakeisti.

Įvadas ( Procesų automatizavimo pagrindai)

Šiuo metu sparčiai vystoma savaime veikiančių mašinų ir aparatų gamyba ir naudojimas, daugėja gamybos procesų, atliekamų pagal nepilotuojamos technologijos tipą. Įvairūs automatiniai įrenginiai prasiskverbia į visas žmogaus veiklos sritis, įskaitant mokslą, gamybą ir kasdienį gyvenimą. Bet kurios specialybės inžinieriui iškilo būtinybė susipažinti su automatizavimo teoriniais pagrindais ir praktiniais pritaikymais, atsižvelgiant į jo profesinius interesus. Tai ypač svarbu elektros inžinieriams, besispecializuojantiems automatizuotų elektros pavarų srityje, nes didžiąją jų profesinės veiklos dalį sudaro įvairių technologinių procesų automatizavimo įrangos kūrimas, jos derinimas ir eksploatavimas gamybinėje aplinkoje.

Įprasta technologinių procesų automatizavimo eiga remiasi tam tikros gamybos technologija: mašinų gamybos, metalurgijos, chemijos, tekstilės ir kt. procesų įrangos valdymo sistemos. Automatizuotos elektros pavaros specialistams svarbu susidaryti supratimą apie bendrus automatizavimo sprendžiamus uždavinius šiuolaikinėje itin mechanizuotoje ir automatizuotoje gamyboje, apie elektros pavaros vietą automatikos sistemose. Jie turi studijuoti technologinių procesų automatizavimo teorijos pagrindus ir išmokti spręsti nesudėtingas technines problemas, susijusias su projektavimu, aparatinės įrangos parinkimu automatizuotoms sistemoms, algoritmų ir programinės įrangos kūrimui jų veikimui konkrečiomis eksploatavimo sąlygomis.

Terminas automatizavimas reiškia labai plačią gamybos procesų ir kitų darbo ir kitos žmogaus veiklos organizavimo sistemų klasę, kurioje didelė dalis operacijų, susijusių su energijos, medžiagų ir ypač informacijos gavimo, konvertavimo, perdavimo ir naudojimo procesais, perduodama specializuotai techninei įrangai. prietaisai, mechanizacijos ir valdymo mašinos ... Automatizuoti procesai, įskaitant jų valdymą, reguliavimą ir (iš dalies) kontrolę, vyksta savarankiškai, pagal iš anksto parengtą ir specialioje programos laikmenoje įdiegtą programą, todėl normaliam jų veikimui nereikia tiesioginio žmogaus dalyvavimo. Techninės priežiūros personalui paliekamos tik bendrojo valdymo, o prireikus ir remonto bei reguliavimo funkcijos. Mechanizacija, kurią sudaro rankų darbo, fizinių žmogaus pastangų pakeitimas mašinų operacijomis, yra būtinas automatizavimo elementas. Priešingai nei paprastas mechanizavimas, automatizavimas būtinai apima operacijų perkėlimą į valdymo mašinas, kad būtų galima valdyti ir organizuoti automatizuojamą procesą pagal iš anksto suformuluotą tikslą ir, galbūt, patobulintą proceso įgyvendinimo metu. Automatizavimo tikslai yra įvairūs. Tai gali apimti darbo našumo ir efektyvumo didinimo, gaminių kokybės gerinimo, valdymo optimizavimo, žmogaus darbo saugos užtikrinimo, aplinkos apsaugos ir kt. problemų sprendimą.

Automatizavimo tikslai pasiekiami naudojant automatizuotos valdymo sistemos(ACS), ACS yra matematinių metodų, techninių priemonių (pagrindinės yra kompiuteriai ir kiti mikroprocesoriniai įrenginiai), jų programinės įrangos ir organizacinių kompleksų rinkinys, užtikrinantis automatizuotų objektų parametrų valdymą ir stebėjimą pagal užsibrėžtą jų tikslą. autonominis veikimas. Tarp automatizavimo objektų yra:

technologiniai, energetikos, transporto ir kiti gamybos procesai;

įvairių mazgų ir mašinų, laivų, pastatų ir kitų statinių, pramoninių kompleksų projektavimas;

organizavimas, planavimas ir valdymas parduotuvėje, įmonėje, statybvietėje, kariniame padalinyje ir kt.;

moksliniai ir techniniai tyrimai, medicininė diagnostika, statistinių duomenų apskaita ir apdorojimas, programavimas, buitinė technika, apsaugos sistemos ir kt.

Iš visų išvardytų automatizuotų objektų įvairovės nagrinėsime tik pramoninės gamybos technologinius procesus. Pastarąjį automatizavus, anksčiau žmogaus atliktos valdymo ir stebėjimo funkcijos perkeliamos į automatinio valdymo įrenginius ir prietaisus. Kartu tobulinamas atskirų darbo operacijų mechanizavimas. Valdymo įrenginiai, grįžtamojo ryšio kanalais priimantys informaciją apie stebimų parametrų pokyčius, tokius kaip apdorojamų produktų dydis, apdorojimo greitis, temperatūra, forma, pagal nurodytą apdorojimo programą, valdymo signalai, užtikrinantys apdorojimo programos vykdymą. optimalus darbo režimas.

Pirmajame skyriuje aptariami bendrieji technologinių procesų automatizavimo klausimai, pagrindinės procesų valdymo sistemos funkcijos ir struktūra. Kadangi technologinio proceso valdymas tampa įmanomas informacinių procesų, kurie formuojasi lygiagrečiai su esamu technologiniu procesu, dėka, antrajame skyriuje nagrinėjami informacijos teorijos elementai, susiję su informacijos valdymo procesų formavimu. Ypatingas dėmesys čia skiriamas informacijos kodavimo dvejetainiais kodais klausimams, nes šie kodai yra visų šiuolaikinių valdymo įrenginių veikimo pagrindas. Skyrius baigiamas keitimosi informacija organizavimo būdų, perduodant ją ryšių kanalais proceso valdymo sistemos rėmuose, nagrinėjimas.

Automatizuotos procesų valdymo sistemos sukūrimas neįmanomas be pakankamai tikslaus ir detalaus valdomo technologinio objekto (TO) savybių ir charakteristikų aprašymo. Todėl trečiasis skyrius skirtas analitinių ir eksperimentinių metodų, skirtų TO modeliui, atspindinčiam nurodytas savybes ir charakteristikas, kūrimui, pristatymui.

Centrinę vietą vadovėlyje užima 4 ir 5 skyriai, skirti procesų valdymo sistemų valdymo algoritmų analizės ir sintezės metodams. Valdymo algoritmuose atvaizduojami planuojami procesų valdymo sistemos problemų sprendimo būdai parametrų ir priežiūros režimų stabilizavimui ir programiniam valdymui, kuris užtikrina techninių procesų eigą pagal pateiktą optimalumo kriterijų. Ypatingas dėmesys skiriamas tiesinių ir netiesinių charakteristikų TO veikimo režimų optimizavimo būdų svarstymui ir valdymo algoritmų blokinių schemų kūrimui. Pastarosios yra pagrindas kuriant valdymo programas automatizavimo sistemų techninės įrangos programavimo procese.

Šeštajame skyriuje aprašomi automatizuoto procesų valdymo sistemos projektavimo etapai, pradedant reikalingų techninių priemonių automatizuotos procesų valdymo sistemos kūrimui parinkimu, techninės specifikacijos parengimu ir baigiant detaliu projektavimu. Apibendrinant, septintajame skyriuje kaip pavyzdys nagrinėjamos pastatų automatizavimo sistemos mechanikos inžinerijoje, pagrįstos CNC ir programuojamais loginiais valdikliais.

PRATARMĖ

ĮVADAS

1 skyrius. BENDRA INFORMACIJA APIE AUTOMATINIĄ GAMYBOS PROCESŲ VALDYMĄ, AUTOMATINIO REGULIAVIMO SISTEMŲ (SAR) KLASIFIKACIJĄ

1.1 Pagrindinės automatinio valdymo teorijos sąvokos ir apibrėžimai

1.1 Reguliavimo principai

1.3 5 taisyklės algoritmas (dėsnis).

1.4 Pagrindiniai reikalavimai automatinėms valdymo sistemoms

2 Tiesinės sistemos perdavimo funkcijos. Struktūrinės schemos ir jų transformacijos

3 Automatinių valdymo sistemų statika

3.1 ATS elementų ir nuorodų statinės charakteristikos

3.2 Nuorodų jungčių statinės charakteristikos

4 Automatinio valdymo sistemų stabilumo samprata

2 skyrius. TECHNINIŲ MATAVIMŲ METROLOGINĖS CHARAKTERISTIKOS

2.1 Pagrindiniai metrologiniai terminai ir apibrėžimai. Matavimo koncepcija

2 matavimo priemonių tipai (SI)

3 Fizinių dydžių sistemos ir vienetai

4 Matavimo priemonių metrologinės charakteristikos. Matavimo priemonių kalibravimas ir patikra

3 skyrius. MECHANINIŲ VERČIŲ ELEKTROS JUTIKLIAI

3.1 Tiesiniai ir kampiniai davikliai

2 Jėgos jutikliai

3 greičio jutikliai

4 skyrius. PAGRINDINIŲ TECHNOLOGIJŲ PARAMETRŲ MATAVIMO METODAI IR PRIEMONĖS

4.1 Elektriniai matavimo metodai

2 Temperatūros matavimo metodai ir priemonės

3 Lygio matavimo metodai ir priemonės

4 Slėgio matavimo metodai ir priemonės

4.1 Tiesioginio slėgio matavimo metodai

4.2 Netiesioginio slėgio matavimo metodai

5 Srauto matavimo metodai ir priemonės

5.1 Diferencinio slėgio srauto matuokliai

5.2 Pastovaus diferencinio slėgio debitmačiai

5.3 Elektromagnetiniai srauto matuokliai

5.4 Ultragarsiniai srauto matuokliai

5.5 Kintamo lygio matuokliai

5.6 Šiluminio srauto matuokliai

5.7 Sūkuriniai srauto matuokliai

5.8 Coriolis debitmačiai

5 skyrius. VIBRIACIJOS MATAVIMO METODAI IR ĮRANGA

5.1 Vibracijos matavimo metodai

2 Vibracijos matavimo prietaisai

6 skyrius. FIZINIŲ IR CHEMINĖS SKYSČIŲ IR DUJŲ SAVYBĖS MATAVIMAS

6.1 Naftos ir formavimo vandenų fizinių ir cheminių savybių matavimas

1.1 Naftos fizikinių ir cheminių savybių matavimas

1.2 Formacijos vandens fizikinių ir cheminių savybių matavimas

2 Dujų fizikinių ir cheminių savybių matavimas

7 skyrius. RELĖS ELEMENTAI

7.1 AC ir DC elektromagnetinės relės

1.1 Nuolatinės elektromagnetinės relės (neutralios)

1.2 kintamosios srovės elektromagnetinės relės

2 magnetiškai valdomi kontaktai (nendriniai jungikliai)

8 skyrius. INFORMACIJOS PERDAVIMAS AUTOMATIZAVIMO SISTEMOSE

8.1 Pagrindinė informacija apie telemechanikos sistemas

2 Duomenų sąsajos

9 skyrius. MIKROPROCESORIAI

9.1 Pagrindinė informacija apie mikroprocesorius

2 Informacijos konvertavimas iš analoginio į skaitmeninį ir iš skaitmeninio į analoginį

IŠVADA

LITERATŪRA

PRIEDAI

1 priedas. Kontrolės ir matavimo medžiagos

2 priedas. Praktinių ir laboratorinių darbų sąrašas

3 priedas. Atsiskaitymo ir grafikos darbų temų sąrašas (tezės)

4 priedas. Pagrindinės ir papildomos literatūros sąrašas

PRATARMĖ

Vadovėlyje „Naftos ir dujų gavybos technologinių procesų automatizavimo pagrindai“ sistemingai pristatoma to paties pavadinimo akademinė disciplina, pilnai atitinkanti mokymo programą ir, tiesą sakant, yra pagrindinis šios disciplinos vadovėlis. Tai atspindi pagrindines žinias, apibrėžtas Federalinio valstybinio švietimo standarto didaktinių padalinių 131000 „Naftos ir dujų verslas“ specialybės „Naftos gavybos įrenginių eksploatavimas ir priežiūra“. Vadovėlio turinys apima žinių gavimo ir panaudojimo technologinių procesų automatizavimo srityje metodų aprašą, pagrindinių metodų ir matavimo priemonių bei automatikos sistemų veikimo dėsningumų metodologinius pagrindus ir juose atspindinčių veiklos sričių plėtrą. , taip pat pagrindinės problemos ir pagrindinės naftos ir dujų pramonės plėtros tendencijos.

Pamokos tikslas – suteikti metodinę pagalbą stažuotojams kuriant reikiamą pradinių teorinių žinių bazę stažuotojams apie pagrindinius gamybos procesų pastatų automatizavimo sistemų principus, taip pat apie automatizavimo technines priemones, kurių pagrindu stažuotojams būtų galima sukurti pagrindinius teorinius pagrindus. sukurtos minėtos sistemos. Studijuodamas mokomąją medžiagą, studentas gaus informaciją apie matavimo procesų automatizavimo pagrindus, matavimo tipus ir būdus, konkrečių pagrindinių technologinių parametrų jutiklių, antrinių prietaisų ir mikroprocesorių technologijos įtaisą ir veikimo ypatumus.

Vadovo tikslas – suteikti studentams galimybę susipažinti su įrenginiu ir konkrečios įrangos bei automatikos įrangos veikimo principu, taip pat kai kuriomis jų veikimo taisyklėmis.

Studijuodami medžiagą, studentai turėtų susipažinti su metodų ir matavimo priemonių pagrindais bei klasifikacija; susidaryti aiškų supratimą apie technologinį kompleksą, apie technologinio proceso parametrų signalo paėmimo taškus; įsisavinti įrenginių schemas, jutiklių ir relių veikimo principus, mikroprocesorinės įrangos ir automatikos priemonių technines galimybes, konstrukcinių schemų sudarymo taisykles, reguliavimo kriterijus, kompiuterių diegimo perspektyvas kuriant ir gręžinių eksploatavimas, techniškai kompetentingo įrenginių eksploatavimo ir automatikos taisyklės; įgyti lyginamosios valdymo ir automatikos analizės atlikimo įgūdžius; sužinoti apie automatizavimo įrankių naudojimo sudėtingumą ir jų kūrimo perspektyvas.

Remdamiesi įgytomis teorinėmis žiniomis, studentai turi išmokti atlikti praktinius ir laboratorinius darbus, o vėliau mokėti montuoti nesudėtingus įrenginius, iššifruoti ir analizuoti įrangos registravimo diagramas, įvertinti gautą informaciją, koreguoti alyvos automatizavimo sistemų kūrimo ir veikimo režimus. ir dujų gamybos procesai naudojant specializuotą įrangą ...

ĮVADAS

Technologinių procesų automatizavimas yra lemiamas veiksnys didinant darbo našumą ir gerinant gaminių kokybę.

Šiuolaikinių pramonės objektų technologiniai procesai reikalauja kontroliuoti daugybę parametrų ir yra sunkiai valdomi. Šiuo atžvilgiu, projektuojant ir eksploatuojant pramonės įrenginius, išskirtinė reikšmė teikiama kuro ir energetikos komplekso įmonėse dirbančių specialistų profesionalumo klausimams.

Bėgant metams vystantis naftos perdirbimo ir naftos chemijos pramonei, procesai tapo sudėtingesni, todėl reikia tiksliau juos valdyti. XX amžiaus pirmoje pusėje atsirado parametrų registravimo ir valdymo prietaisai, vadinamieji prietaisai – prietaisai. Matavimo ir valdymo prietaisų atsiradimas, formavimas ir tobulinimas, procesas nuo automatinio reguliavimo iki automatizuotų valdymo sistemų ir kontrolės makro ir mikro lygiais yra neatsiejama naftos ir dujų gavybos, naftos perdirbimo ir naftos chemijos procesų dalis.

Tolesnis parametrų registravimo, stebėjimo ir valdymo prietaisų tobulinimas paskatino naftos perdirbimo ir naftos chemijos automatizavimą ir telemechanizavimą. Pastarasis paskatino kompiuterizavimą ir procesų valdymą, tai yra, automatizuotos valdymo sistemos (ACS).

Ir, žinoma, ACS prietaisų ir aparatų inžinerijos pažanga yra įdomi užduotis, kurios sprendimas yra būtinas siekiant nustatyti tolesnės plėtros perspektyvas, pagrįstas pasaulinių valdymo problemų įveikimu naftos ir dujų sektoriuje.

Suformuluotos šešios pagrindinės šiuolaikinės naftos ir dujų gamybos operatyvinio valdymo ir automatizavimo problemos:

Angliavandenilių žaliavų, naftos, dujų, naftos produktų gamybos, judėjimo ir naudojimo apskaita, kurių sprendimui svarbu užtikrinti galimybę stebėti apskaitos operacijas, taip pat ir iš licencijuotų vietovių, taip pat užtikrinti, naftos apskaitos vidaus ir išorės auditai, o tam savo ruožtu reikia sukurti atitinkamas matavimo priemones, taip pat programinę įrangą ir informacinę sistemą.

Teritorinio turto valdymas, įrenginių priežiūros ir remonto organizavimas, gamybos ir personalo saugumo užtikrinimas. Šiai problemai spręsti būtina sukurti programinę įrangą ir informacines priemones, kurios užtikrina apskaitą, planuoja techninę priežiūrą ir remontą, stebi gamybinio turto būklę ir atliekamus darbus; sutarčių su rangovais dėl darbų atlikimo sudarymo ir vykdymo kontrolė; personalo buvimo gamybos patalpose kontrolė; galimybė apmokyti personalą naudojant treniruoklius; naujausios dokumentacijos apie įrangos naudojimą, procedūrų ir operacijų atlikimo technologiją prieinamumą darbo vietose.

Didelis energijos suvartojimo lygis gamybai ir energijos taupymo bei energijos vartojimo efektyvumo priemonių poreikis. Šiai problemai spręsti reikalinga programinė įranga ir informacinės priemonės, užtikrinančios apskaitą, planuojant techninę priežiūrą ir remontą, stebint energijos suvartojimo būklę pagal technologinio proceso elementus; energijos vartojimo objektų, viršijančių standartinį elektros suvartojimo lygį, nustatymas; energijos taupymo priemonių įgyvendinimo kontrolę.

APCS priemonių, modeliavimo ir informacinių sistemų įvairovė. Šiai problemai spręsti reikia sukurti programinę įrangą ir informacinius įrankius, kurie suteiktų pradinės informacijos masyvą strateginei (gamybos plėtros ir vietos planai), vidutinės trukmės (metiniai ir mėnesio planai) ir veiklos (dienos ir pamainų planai) valdymo planai; atitikti dokumentų sudėties ir struktūros reikalavimus pagal įmonės vidaus reglamentą, akcininkų standartizacijos reikalavimus; prieigos suvienodinimas ir galių diferencijavimas dirbant su dokumentais.

Sumažinti sistemos eksploatavimo kaštus ir maksimaliai padidinti sprendimus priimantiems asmenims teikiamų informacijos paslaugų lygį. Problemai išspręsti reikia: parengti ŠMM lygio plėtros darbų atlikimo metodiką, automatizuoti anksčiau neautomatizuotus gamybos įrenginius ir programinę įrangą bei informacines priemones, kurios suteikia: duomenų bazių atnaujinimą. ir veikianti sistemos programinės įrangos būsena; sisteminės programinės įrangos veikimo kontrolė (informacijos apsikeitimui su APCS sistemomis, ERP ir kt.); fiksuojant sistemos eksploatacijoje dalyvaujančio personalo veiksmus.

Lėšų ir darbo jėgos padidėjimas kiekvienai naftos tonai išgauti atsiranda dėl to, kad Vakarų Sibire pigios naftos telkiniai, atrasti šeštojo dešimtmečio pabaigoje, palaipsniui senka. Naftingame regione daugiausia yra atsargų, kurių gamyba yra sudėtinga, reikalaujanti naujų technologinių sprendimų ir papildomų kapitalo investicijų. Siekiant išspręsti šią problemą, būtina didinti kapitalo investicijų efektyvumą ir palengvinti naftos gavybos valdymą; padidinti kapitalo investicijų efektyvumą ir palengvinti naftos gavybos iš podirvio valdymą taikant metodą, vadinamą „protingais laukai“, „išmanieji laukai“, „išmanieji naftos telkiniai“, „išmanieji gręžiniai“; optimizuoti visų lauko įrenginių: šulinių, rezervuarų, vamzdynų ir kitų paviršinių įrenginių eksploataciją.

1 skyrius. BENDRA INFORMACIJA APIE AUTOMATINIĄ GAMYBOS PROCESŲ VALDYMĄ, AUTOMATINIO REGULIAVIMO SISTEMŲ (SAR) KLASIFIKACIJĄ

1Pagrindinės automatinio reguliavimo teorijos sąvokos ir apibrėžimai

Yra žinoma, kad techninis procesas apibūdinamas duomenų, reikšmių, rodiklių visuma. Proceso paleidimo, sustabdymo, proceso rodiklių pastovumo palaikymo ar jų keitimo pagal duotą dėsnį operacijų visuma vadinama kontrole.

Rodiklių palaikymas tam tikrame lygyje arba jų keitimas pagal duotą dėsnį vadinamas reguliavimu, t.y. reguliavimas yra valdymo dalis. Ir jei šie valdymo procesai vykdomi nedalyvaujant asmeniui (operatoriui), tada jie vadinami automatiniais.

Įrenginys, įgyvendinantis technologinį procesą, kurio rodiklius reikia valdyti ar reguliuoti, vadinamas valdomu objektu, arba valdomu objektu. Valdymo objektais gali būti purvo siurblys, gręžimo įrenginys, gręžimo įrenginio pavara ir kt. arba atskiri jų agregatai, atliekantys tam tikras technologinio proceso operacijas, pavyzdžiui, gręžimo įrenginio gervė.

Techninis įrenginys, kuris vykdo valdymą pagal programą (algoritmą), vadinamas automatiniu valdymo įrenginiu.

Valdymo objekto ir valdymo įrenginio derinys vadinamas automatine valdymo sistema (ACS).

Mus domina ne visos automatinio valdymo operacijos, o tik reguliavimas, tai yra tos operacijos, kurios yra susijusios su proceso parametrų palaikymu ar keitimu.

Galima atlikti bet kokį reguliavimo procesą

· be rezultato kontrolės – atvirojo ciklo reguliavimas;

· su rezultato valdymu – uždaro ciklo reguliavimas.

Atviro kontūro valdymo nekontroliuojant rezultato (srauto greičio Q) pavyzdys yra plovimo skysčio Q tiekimo stabilizavimas, kai stūmoklinis siurblys veikia visu pajėgumu, kai įjungtas atitinkamas pavarų dėžės greitis (nekintama pavara ir ne). skalavimo skysčio išleidimas). Čia esant dideliems (ne avariniams) hidraulinio kelio charakteristikų pokyčiams (dėl dugno skylės suspensijos, krintančių uolienų gabalų nuo šulinio sienelių ir pan.), gręžimo skysčio srautas išlieka pastovus. .

Pateiktame pavyzdyje valdymo objektas yra purvo siurblys su fiksuota pavara (siurbimo blokas). Valdymo (reguliavimo) korpusas, kuriame turi būti objektas plovimo skysčio tiekimui valdyti, yra pavarų dėžė.

Atvirojo ciklo valdymas naudojamas daug rečiau nei uždaras valdymas dėl elementų charakteristikų nestabilumo. Sistemos elementai yra veikiami įvairių trikdžių. Pateiktame pavyzdyje tai gali būti siurblio cilindrų pripildymo koeficiento pokytis dėl plovimo skysčio parametrų arba siurbimo kelio pasikeitimo.

Panagrinėkime uždarojo ciklo valdymo pavyzdį su rezultato – srauto Q valdymu. 1.1 parodyta plovimo skysčio Q debito reguliatoriaus (stabilizatoriaus) blokinė schema. Čia srautą Q valdo srauto jutiklis DR. Nuostata Z, naudojant įtampos reguliatorių U nugarėlė nustatomas reikalingas srautas Q. Variklio veleno greitis n (taigi ir srautas Q) nustatomas pagal apkrovą ir įtampą U G , kuris priklauso nuo ∆U reikšmės.

∆U = U nugarėlė - U os1 , (1.1)

kur tu os1 - įtampa jutiklio išėjime (U d ), proporcingas srautui Q ir vadinamas grįžtamojo ryšio įtampa. Ir šis ryšys šiuo atveju yra neigiamas (sąlygiškai žymimas sektoriaus šešėliavimu): sumažėja U reikšmė nugarėlė ... Kai srautas Q nukrypsta nuo nustatytos vertės, pasikeičia ir U os1 , dėl ko pasikeičia n ir taip atkurti srautą Q.

Automatinis tam tikro proceso rodiklių kitimo dėsnio palaikymas naudojant grįžtamąjį ryšį vadinamas automatiniu reguliavimu. Nagrinėjamame pavyzdyje vienas rodiklis yra Q. Ir jis vadinamas valdomuoju kintamuoju.

Taigi, remiantis nagrinėjamu pavyzdžiu, darysime prielaidą, kad automatinis įrenginys, kuris atlieka automatinį reguliavimą, vadinamas automatiniu reguliatoriumi.

Savo ruožtu reguliatoriaus valdomas objektas vadinamas reguliuojamu objektu.

Valdomo objekto rinkinys ir automatinis reguliatorius sudaro automatinio valdymo sistemą (ACS).

Pagal funkcinę paskirtį automatinės sistemos skirstomos į atvirojo ciklo automatinio valdymo sistemas, uždarojo ciklo automatinio valdymo sistemas ir automatines valdymo sistemas.

Panagrinėkime pavyzdžius, parodančius nagrinėjamų grandinių veikimą.

1.Pavyzdys. Elektroninis vamzdžio gijų srovės stabilizatorius. Diagramoje parodytas atviros kilpos reguliavimas.

Išlaikant pastovią kaitinimo siūlelio srovę I N įvyksta nedalyvaujant operatoriui, t.y. nevykdoma jokia kontrolė.

Pavyzdys Rankinis greičio valdymas ω elektros variklio velenas.

Sukimosi dažnis ω pavaros variklio velenas D priklauso nuo įtampos generatoriaus gnybtuose U G , kuris esant pastoviam armatūros sukimosi dažniui ( ω VD = const) nustatoma pagal srovę OVG generatoriaus sužadinimo apvijoje. Norėdami reguliuoti arba palaikyti pastovų greitį ω operatorius stebi voltmetro V rodmenis, sugraduotus sukimosi greičio matmenimis ω ir rankiniu būdu pakeiskite reostato P srovę I ovg žadinimo apvijoje, pasiekia reikiamą vertę ω.

Čia matome uždarą valdymo sistemą. Tačiau tokia rankinio valdymo sistema turi reikšmingą trūkumą: žemą valdymo tikslumą ir nepageidaujamą operatoriaus buvimą. Be to, yra keletas trikdančių poveikių: kintantis variklio veleno M sukimo momentas SU , terpės temperatūros pokyčiai, elektros mašinų šepečių susidėvėjimas ir kt., todėl valdymo sistemos netikslumas; sistema netaikoma greitiems procesams.

Aptarti pavyzdžiai suteikia pagrindą svarstyti reguliavimo principus.

1.1.1 Reguliavimo principai

Aukščiau aptartų sistemų veikimo metu išryškėja išorinių veiksnių (trukdančių poveikių) įtaka. Paprasčiausias sprendimas, siekiant atsižvelgti į kiekvieną trikdymą, yra įdiegti atitinkamą jutiklį. Tačiau šis metodas ne visada įmanomas. Kaip išeitis iš šios situacijos dažniausiai naudojamos technikos, pagal kurias įrengus jutiklį pirmiausia išmatuojamas nuokrypis nuo nurodytos vertės, o vėliau įvedamas pataisa pagal išmatuotą nuokrypį (panašiai kaip keičiant pavyzdį reostato slankiklio padėtis P).

Yra šie pagrindiniai reguliavimo principai:

· pagal nukrypimą;

· pasipiktinimas;

· kompensacija;

· sujungti.

1.4 paveiksle parodyta automatinio variklio sūkių skaičiaus valdymo (stabilizavimo) grandinė naudojant vieną jutiklį, skirtą stebėti greičio nuokrypį nuo nustatytos vertės, tai yra tachogeneratorius.

Ši grandinė iš tikrųjų yra rankinio valdymo grandinės (1.3 pav.) transformacija į automatinio valdymo grandinę (1.4 pav.). Čia operatorius pakeičiamas elektrine valdymo sistema ir sistema, skirta paveikti reostatą P. Reostatai P įvedami į grandinę. 1 ir P 2, reversinis variklis RD, elektroninis stiprintuvas EU ir Red reduktorius, kuris mechaniškai sujungtas su reostatiniu varikliu R.

Apsvarstykite pagrindinius reguliavimo elementus (1.4 pav.):

· reguliavimo objektas, kuris yra variklis, visi kiti elementai yra įtraukti į sistemos reguliatorių;

· valdymo proceso indikatorius, kuris yra kampinis greitis ω , t.y. reguliuojama vertė, kuri gali būti pastovi arba besikeičianti pagal bet kurį įstatymą;

· reguliavimo korpusas, kurio vaidmenį atlieka variklio inkaro grandinė, keičiant kurios padėtį ar būseną, galite keisti valdomą vertę;

· reguliavimo veiksmas - įtampa variklio inkaro grandinėje;

· sistemos nustatymo reikšmė (įtaka) - U nugarėlė ; tai yra, tai yra toks dydis, kuris yra proporcingas arba funkciškai susijęs su kontroliuojamu kiekiu ir padeda pakeisti pastarojo lygį; per U nugarėlė nustatoma konkreti reikšmė ω.

Jei ∆U = U nugarėlė - U vapsvos = 0, tada ateis pusiausvyros būsena. U vapsvos yra grįžtamojo ryšio įtampa, kuri yra proporcinga valdomai vertei ω. Kai pasikeičia ω ( dėl momento pasikeitimo M su varža ant variklio veleno), keičiasi tachogeneratoriaus generuojama grįžtamojo ryšio įtampa U vapsvos , sutrinka pusiausvyra (∆U ≠ 0), kuri veda palei grandinę (EU - RD - Raudona - R - I ovg ) į generatoriaus U generuojamos įtampos pokytį G ir į valdomos vertės atkūrimą ω.

Nagrinėjamoje schemoje valdomo kintamojo valdymas vykdomas aktyviu būdu, o signalo perdavimo grandinė nuo išėjimo iki sistemos įėjimo vadinama pagrindiniu grįžtamuoju ryšiu.

Reguliavimo principas, kuris nustatytas grandinėje (1.4 pav.), vadinamas valdymo nukrypimu principu. Pagal šį principą sukurtos sistemos visada turi grįžtamąjį ryšį. Tai reiškia, kad jie dirba uždaru ciklu.

Automatine nuokrypio valdymo sistema turime omenyje sistemą, kurioje matuojamas valdomos vertės nuokrypis nuo nustatytos vertės, o kaip nuokrypio reikšmės funkcija sukuriamas tam tikras reguliavimo veiksmas, kuris sumažina šį nuokrypį iki minimalios vertės.

Atkreipkite dėmesį ir atminkite, kad nukrypimų kontrolės sistemose visada turi būti pagrindiniai neigiami atsiliepimai.

Kitas valdymo principas, kuris daug rečiau naudojamas automatiniuose valdikliuose, yra trikdžių valdymo principas arba kompensavimo principas, taip pat trikdžių kompensavimas.

Fig. 1.5 parodyta nuolatinės srovės generatoriaus grandinė. Šioje iliustracijoje paaiškinamas trikdžių valdymo principas. Čia generatorius veikia kintama apkrova R n ... Įtampa U yra reguliuojamas kintamasis. Generatoriaus emf yra proporcingas sužadinimo srautui Φ v E G = k Φ v .

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

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

Tarkime, kai srovė I n įtampa U = U O = konst. Tada sąlyga turi būti įvykdyta

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

Reiškia, Δ E pasikeis dėl

Φ v U O = k Φ in ir ΔΦ v = (R a / k) I n = c I n , (1.5)

tie. valdomas kintamasis pokytis ΔΦ turi būti proporcinga apkrovos srovei I n ... Ši sąlyga įvykdyta dėl sudėtinės apvijos, kuri suteikia papildomą sužadinimo srautą Φ papildyti proporcinga trikdžių apkrovai – srovei I N ... Remiantis tuo, pagrindinė apvija (pagrindinis sužadinimo srautas Ф pagrindinis ) skirtas sukurti pradinę įtampą U O. Reikšmė Δ E nustatoma pagal sudėtinę apviją. Abi apvijos sukuria bendrą magnetinį srautą Ф in.

Dėl apkrovos srovės pasikeitimo I N bendras srautas Ф in , o įtampa U O nuolat. Tai kompensavimo principo įgyvendinimo valdyme pavyzdys, kai, matuojant apkrovą (trikdymą), kaip išmatuotos vertės funkcija, generuojamas tam tikras valdymo veiksmas, leidžiantis valdomam kintamajam išlikti pastoviam. Pagal šį kompensavimo principą veikiančios sistemos yra atvirojo ciklo sistemos, kurios neturi grįžtamojo ryšio.

Pagrindinis tokių sistemų pranašumas yra našumas. Tuo pačiu metu sistema turi keletą trūkumų:

· dėl to, kad objektas turi keletą trikdančių poveikių ir kompensacinėms sistemoms būtina atskirai matuoti kiekvieną trikdantį poveikį ir pagal tai išvystyti reguliavimo poveikį, kuris žymiai apsunkina sistemą;

· neelektrinio trikdančio poveikio matavimo problema;

· reguliavimo priklausomybės nuo trikdančios įtakos dviprasmiškumas ir sudėtingumas.

Dėl šių trūkumų nagrinėjamos sistemos naudojamos daug rečiau, lyginant su sistemomis, kurios įgyvendina nuokrypių kontrolės principą.

Trečiasis reguliavimo principas yra derinamas (pirmų dviejų principų derinys). Jis naudojamas dar rečiau nei pirmieji du. Privalumai ir trūkumai yra vienodi. Sistemos yra gana sudėtingos ir jų tyrimas dar nebuvo atliktas.

1.2 Automatinių valdymo sistemų klasifikacija

Pagal valdomos vertės atkūrimo (keitimo) dėsnį, uždarojo ciklo valdymo sistemos skirstomos į tris tipus:

· stabilizavimo sistemos,

· programinės įrangos valdymo sistemos,

· sekimo sistemos.

Jie skiriasi vienas nuo kito ne iš esmės, o tik veikimo būdu ir konstruktyviai. Jie turi bendrą teoriją ir yra tiriami tais pačiais metodais.

Stabilizavimo sistema yra pastovios kontroliuojamos vertės palaikymo sistema. Aukščiau aptartos sistemos yra stabilizavimo sistemos.

Programinės įrangos valdymo sistemose valdoma vertė turi keistis pagal iš anksto nustatytą programą laiku.

Sekimo sistema. Čia valdomas kintamasis keičiasi pagal nežinomą savavališką dėsnį. Įstatymą nulemia kažkokia išorinė nustatymo įtaka (savavališkai).

Atsižvelgiant į reguliavimo įtakos galutiniam elementui pobūdį, automatinės valdymo sistemos skirstomos į:

· nuolatinės sistemos,

· pulsas ir

· relės reguliavimas.

Nepertraukiamo valdymo sistemose visų sistemos elementų išėjime esantys signalai yra nuolatinės elementų įėjime esančių signalų funkcijos.

Impulsinio valdymo sistemos išsiskiria tuo, kad jose tam tikrais intervalais specialiu įtaisu atidaroma ir uždaroma valdymo kilpa. Reguliavimo laikas skirstomas į impulsus, kurių metu procesai vyksta taip pat, kaip ir nuolatinio reguliavimo sistemose, ir į intervalus, per kuriuos nutrūksta reguliatoriaus įtaka sistemai. Tokie reguliatoriai naudojami lėtai vykstantiems procesams reguliuoti (temperatūros valdymas pramoninėse krosnyse, temperatūra ir slėgis katiluose).

Relinio valdymo sistemose valdymo kilpa atidaroma vienu iš sistemos elementų (relės elementu), priklausomai nuo išorinių poveikių.

Atsižvelgiant į automatinio reguliavimo rezultatus, išskiriami du automatinio reguliavimo tipai:

· statinis ir

· astatinis.

Statinis yra toks automatinis valdymas, kuriame valdomasis kintamasis su įvairiu nuolatiniu išoriniu poveikiu valdymo objektui pereinamojo proceso pabaigoje įgauna įvairias reikšmes, priklausomai nuo išorinio poveikio (pavyzdžiui, apkrovos) dydžio.

Fig. 1.6, ir pateikiamas vandens lygio reguliatorius rezervuare. Vandens lygio reguliatoriuje, padidėjus vandens srautui q, lygis mažėja, vožtuvas atsidaro per plūdę ir svirtį, įtekėjimas q 1 didėja ir atvirkščiai.

Statinė valdymo sistema turi šias charakteristikas:

sistemos pusiausvyra galima esant skirtingoms valdomo kintamojo vertėms;

kiekviena valdomo kintamojo reikšmė atitinka vieną apibrėžtą reguliuojančios institucijos padėtį.

Norint sukurti tokį ryšį tarp jutiklio ir pavaros, valdymo kilpa turi būti sudaryta iš vadinamųjų statinių jungčių, kuriose, esant pusiausvyrai, išvesties vertė vienareikšmiškai priklauso nuo įvesties:. Taip yra dėl to, kad vandens debitas q lygus debitui q1 esant kokiam nors griežtai nustatytam lygiui H. Keisis debitas, keisis lygis, debitas bus lygus debitui – ir vėl. ateis pusiausvyra.

Reguliatorius, atliekantis statinį reguliavimą, vadinamas statiniu reguliatoriumi.

Reguliavimo teorijoje valdomos vertės nuokrypio priklausomybės nuo apkrovos laipsniui apibūdinti naudojama nelygumo, arba reguliavimo statizmo, sąvoka.

Tegul valdomo kintamojo x pastovios būsenos verčių priklausomybės nuo apkrovos q grafikas (valdymo charakteristika) turi tokią formą, kaip parodyta 1.6 pav., b (valdymo charakteristika nurodyta konkrečiomis vandens lygio koordinatėmis reguliatorius bake; žemiau koordinatės pateiktos bendra forma, bet kokiems statiniams valdikliams). Maksimali reguliuojamos reikšmės xmax reikšmė atitinka objekto tuščiąja eiga (be apkrovos); minimali vertė - vardinė apkrova - qnom.

Norėdami nustatyti reguliavimo statismą, naudosime santykines koordinates:

čia φ yra santykinė valdomo kintamojo reikšmė;

Pati reguliuojama vertė;

Minimali valdomo kintamojo reikšmė (vardiniu režimu);

ir qnom - pagrindinės dydžių reikšmės;

λ – santykinė apkrovos vertė.

Tada sistemos nelygumas δ (arba statizmas) bendruoju atveju yra dalinė išvestinė tam tikrame taške (arba santykinis reguliavimo charakteristikos statumas šiame taške):

Jei valdymo charakteristika yra tiesinė, tada visų apkrovos verčių statizmas bus pastovus. Ir tai galima apibrėžti taip:

Statinis valdiklis išlaiko ne griežtai pastovią valdomo kintamojo reikšmę, o su klaida, kuri vadinama statine sistemos klaida. Taigi reguliavimo statizmas yra santykinė statinė paklaida, kai apkrova keičiasi iš tuščiosios eigos į vardinę.

Kai kuriose sistemose statinė paklaida (net jei šimtosios procento dalys) yra nepageidautina, tada pereikite prie reguliavimo, kuriame ji lygi nuliui, į astatinį reguliavimą. Tokios sistemos valdymo charakteristika pavaizduota linija, lygiagrečia apkrovos ašiai.

Astatinis vadinamas automatiniu reguliavimu, kai esant įvairioms pastovioms išorinio poveikio objektui vertėms, valdomos vertės nuokrypis nuo nustatytos vertės pereinamojo proceso pabaigoje tampa lygus nuliui.

Astatiniame H vandens lygio rezervuare reguliatoriuje (1.7 pav.) plūdė perkelia reostato slankiklį į vieną arba į kitą pusę, priklausomai nuo lygio pokyčio nuo nustatytos vertės, taip įjungdama variklį, kuris valdo sklendės padėtį. . Variklis bus išjungtas, kai vandens lygis pasieks nustatytą vertę.

Astatinė valdymo sistema turi šias charakteristikas:

sistemos pusiausvyra vyksta tik esant vienai valdomo kintamojo reikšmei, lygiai duotajai;

reguliatorius turi galimybę užimti skirtingas pozicijas esant ta pačiai reguliuojamo kiekio vertei.

Tikruose valdikliuose pirmoji sąlyga įvykdoma su tam tikra klaida. Kad būtų įvykdyta antra sąlyga, į valdymo kilpą įvedamas vadinamasis astatinis ryšys. Pateiktame pavyzdyje variklis turi savybę, kad nesant įtampos jo velenas stovi bet kurioje padėtyje, o esant įtampai – sukasi nuolat.

Priklausomai nuo energijos šaltinio, kurį gauna reguliatorius, skiriami

· tiesioginis ir

· netiesioginis reguliavimas.

Tiesioginio valdymo sistemose energija valdymo elemento padėties keitimui gaunama iš jutiklio (pavyzdžiui, statinio vandens lygio reguliatoriaus).

Netiesioginio valdymo sistemose energija valdymo elemento padėties keitimui gaunama iš išorinio šaltinio (pavyzdžiui, astatinio vandens lygio reguliatoriaus).

Automatinės valdymo sistemos su keliomis reguliuojamomis reikšmėmis (pavyzdžiui, garo slėgis katile, vandens tiekimas į katilą, kuro ir oro tiekimas į krosnį) skirstomos į nesujungtas ir sujungtas valdymo sistemas.

Nesusijusio reguliavimo sistemos yra tokios, kuriose įvairiems dydžiams reguliuoti skirti reguliatoriai nėra tarpusavyje sujungti ir gali sąveikauti tik per jiems skirtą bendrą reguliavimo objektą. Jei nesusijusio reguliavimo sistemoje pasikeitus vienai iš reguliuojamų verčių pasikeičia kitos reguliuojamos vertės, tokia sistema vadinama priklausoma; o jei ne, tada sistema vadinama nepriklausoma.

Sujungtos valdymo sistemos yra tokios, kuriose skirtingų valdomų dydžių valdikliai yra prijungti vienas prie kito ir papildomai prie valdymo objekto.

Susieto reguliavimo sistema vadinama autonomine, jei jungtys tarp į ją įtrauktų reguliatorių yra tokios, kad reguliavimo proceso metu pasikeitus vienai iš reguliuojamų verčių, likusios reguliuojamos vertės nepasikeis.

Uždaros autonominės valdymo sistemos, turinčios tik vieną (pagrindinį) grįžtamąjį ryšį, vadinamos vienos kilpos. Automatinės valdymo sistemos, kurios, be vieno pagrindinio grįžtamojo ryšio, turi vieną ar kelis pagrindinius arba vietinius grįžtamuosius ryšius, vadinamos kelių kilpų.

Atsižvelgiant į elementų, sudarančių sistemas, charakteristikų tipą, visos sistemos skirstomos į:

· linijinis ir

· netiesinis.

Tiesinės sistemos vadinamos sistemomis, kurios susideda tik iš elementų, turinčių linijines charakteristikas; pereinamieji procesai tokiuose elementuose aprašomi tiesinėmis diferencialinėmis lygtimis.

Sistemos, turinčios vieną ar daugiau netiesinių charakteristikų elementų, vadinamos netiesinėmis; pereinamieji procesai tokiose sistemose aprašomi netiesinėmis diferencialinėmis lygtimis.

Klasifikuojant pagal naudojamos energijos rūšį, visas sistemas galima suskirstyti į:

· elektrinis,

· hidraulinis,

· pneumatinis,

· elektrohidraulinis,

· elektropneumatinės ir kt.

Priklausomai nuo automatinės valdymo sistemos (ACS) reguliuojamų verčių skaičiaus:

Vienmatis,