8. Раскройте методику разработки релейно-контактных схем систем автоматического управления технологическими процессами

Математическим аппаратом метода алгебраизации схем является двузначная алгебра логики, которая изучает связи между переменными, принимающими только два значения. Такие переменные называются логическими. Цифры 0 и 1 не выражают в данном случае количественных соотношений , а являются символами, характеризующими условия или состояния в релейных устройствах: 0 – цепь разомкнута, 1 – цепь замкнута.

При анализе релейных устройств выделяют их следующие основные части.

Входные элементы, воспринимающие входные воздействия: ручные команды оператора, сигналы др. автоматических устройств (ключи и кнопки управления и т.д.)

Промежуточные, обеспечивающие определенную последовательность передачи воздействий приемных элементов на исполнительные.

Исполнительные, воздействующие на внешние объекты (контакторы, электромагниты, сигнализаторы).

Аналитическая запись структуры релейных схем. Наиболее распространенным способом изображения структуры релейных схем является их графическое вычерчивание, прикотором контакты командных элементов и исполнительные органы изображаются в виде графических символов. При описании схем, изображенных в развернутом начертании, приходится для каждого контакта и исполнительного органа, помимо графических символов, вводить буквенные обозначения. При небольшом усложнении буквенных обозначений можно совершенно отказаться от использования графических символов.

Элементы структурной схемы обозначаются латинскими буквами: командные элементы – A,B,C…N; промежуточные элементы – У1,У2,У3…; исполнительные органы – X1,X2,X3…; исполнительное устройство – Z1,Z2,Z3…

Контакты командных исполнительных элементов и исполнительных органов: размыкающие - ; замыкающие – a, b, c,…, x1, x2, x3…; контакты реле времени – ; постоянно-замкнутый контакт – 1; постоянно-разомкнутый – 0.

Однако данная система буквенных обозначений не является обязательной. В иных случаях целесообразно применять другие обозначения.

9. Охарактеризуйте статические объекты. Приведите передаточную функцию и переходную характеристику одноемкостного статического объекта автоматизации.

Статическая характеристика - это зависимость между выходной координатой X и результирующим значением входной координаты (U+F) при установившихся режимах.

Динамическая характеристика отражает реакцию объекта по выходной коорди­нате х=f(у) на изменение входного воздействия Dу, то есть представляет собой функцию х=f(t).

Большой класс объектов управления, в основе которых протекание того или иного физического процесса, может быть описан передаточной функцией апе­риодического звена 1-го порядка.

То обстоятельство, что при δ>0 выходная величина неизбежно приходит к новому установивше­муся значению, позволяет назы­вать такие объекты статическими.

10. Перечислите основные законы регулирования. Приведите принципы выбора закона регулирования.

П-закон:

И-закон:

ПИ-закон:

ПИД-закон:

При выборе закона регулирования руководствуются практикой:

Астатические объекты и статические с малым коэффициентом статизма из условий устойчивости не следует блокировать с И-регулятором. Объекты с большим статизмом могут быть сблокированы со всеми типами регуляторов. При отсутствии значительных запаздываний плавных в возмущениях и отсутствии особых требований к времени переходного процесса рекомендуется И-закон, в противном случае (если допускается статическая ошибка) рекомендуется П-закон. Если емкость объекта не большая, то вводится предварение ПД-закон. ПИ регуляторы применяются для объектов со значительным запаздыванием при плавно меняющихся возмущениях. Если надо увеличить быстродействие, то пользуются ПИД-законом.

Закон регулирования можно определить по диаграмме Ларнера. Координатами диаграммы являются:

и .

где Т – постоянная времени объекта; τ – запаздывание; tрег- время регулирования.

Те стороны, которые лежат внутри области применения регуляторов на диаграмме, отмечены штриховкой.

На диаграмме видно что не один тип регулятора не обеспечивает время регулирования меньше удвоенного времени запаздывания. При ψс<0,4 применяются специальные быстродействующие регуляторы; при ψс=4-6 – ПИД закон регулирования; при ψс=6-10 можно выбирать все законы кроме астатических.

11. В чем заключается задача наладки регуляторов? Перечислите параметры настройки регуляторов непрерывного действия. На какие типовые пере­ходные процессы принято настраивать параметры таких регуляторов?

Задача наладки регуляторов заключается в том, чтобы примени­тельно к данному объекту выбрать (рассчитать) и установить такие настроечные параметры, которые обеспечили бы процесс регулиро­вания, близкий к оптимальному.

Правильно налаженный регулятор должен обеспечивать оптималь­ное протекание процесса регулирования.

Параметры регуляторов принято настраивать на один из трех типо­вых переходных процессов.

Апериодический переходной процесс. Процесс с 20% перерегулированием. Процесс с минимальной площадью отклонения

Параметры настройки регуляторов получают из передаточных функций, которые описывают основные законы регулирования.

Для П-регулятора настраиваемым параметром является коэффициент пропорциональности. Для И-регулятора - коэффициент пропорциональности и постоянная времени. Для ПИД-регулятора - коэффициент пропорциональности, постоянная времени и время дифференцирования.

Переходной процесс в автоматической системе должен иметь минимальное время регулирования, небольшое динамическое отклонение регулируемой величины, небольшое перерегулирование и минимальную статическую ошибку. Однако удовлетворить все перечисленные требования одновременно не возможно. Параметры регуляторов настраивают на один из трех типовых переходных процессов.

1. Апериодический переходной процесс характеризуется минимальным временем регулирования для объектов с самовыравниванием, небольшим управляющим воздействием, но максимальным динамическим отклонением. Рекомендуется когда объект имеет несколько регулируемых величин и необходимо что бы регулирующее воздействие, для рассматриваемой величины, не оказывало нежелательного влияния на величины.

2. Процесс с 20% перерегулированием. Применяетя для объектов допускающих перерегулирование но чувствительным к большим динамическим отклонениям.

3. С минимальной площадью отклонения величин. Характеризуется малым значением динамического отклонения, но значительным перерегулированием, значительными управляющими воздействиями. Используется для объектов в которых по технологическим требованиям не допускаются большие отклонения регулируемой величины.