auth_all

По характеру движения выходного органа на прямоходные с поступательным движением выходного элемента, поворотные с вращательным движением до 360 град. и на угол более

360 град. (многооборотные).

ИУ содержит: исполнительный механизм ( ИМ ), регулирующий орган (РО), фиксаторы положения, блок сигнализации конечных положений, блок ручного управления ( дублер ),

блок усиления, блок дистанционного управления, блок обратной связи.

Исполнительный механизм преобразует входной управляющий сигнал от регулятора в сигнал, который воздействует на регулирующий орган или непосредственно на объект управления.

Регулирующим органом ( РО ) называют блок ИУ, с помощью которого производится регулирующее воздействие на объект управления.

Электрические ИУ (ЭИУ)

ЭИУ находят преимущественное применение в системах автоматики в том числе в комбинации с пневматическими и гидравлическими и разделяются на четыре группы:

позиционного действия, постоянной и переменной скорости, усилители мощности ИМ ЭИУ позиционного действия, постоянной и переменной скорости состоят как правило из электродвигателя и редуктора и по динамическим свойствам соответствуют интегрирующему звену, если в качестве выходной величины принят угол поворота.

Позиционные ЭИУ предназначены для установки РО в определенные фиксированные положения, чаще всего два “открыто” и “закрыто”, например шаговыми двигателями В ЭИУ постоянной скорости РО устанавливается в любое промежуточное положение в зависимости от величины и длительности управляющего сигнала с выхода регулятора ЭИУ переменной скорости имеют возможность управления скоростью перемещения,

например грубо и плавно Качество работы ЭИУ с электродвигателями характеризуют следующими показателями:

минимальный момент, время полного хода, выбег, люфт, гистерезис, импульсные характеристики, режим работы

Тема 3 Характеристика объектов управления

3.1 Объекты управления

Объект регулирования основная часть системы автоматического регулирования, свойства которого определяют выбор типа регулятора и характеристики регулирования. Заданный

21

режим объекта регулирования, должен поддерживаться регулирующими воздействиями извне.

3.1.1 Параметры, определяющие объект управления

Нагрузка, емкость, самовыравнивание, инерционность, запаздывание, время разгона,

постоянная времени разгона .

Объект, имеющий одну регулируемую величину относится к одномерным, при нескольких к многомерным.

Объект, параметры которого не изменяются во времени , является стационарным и нестационарным, если изменяются.

Воздействия на объект связанные с задачей регулирования называют,

регулирующими, остальные возмущающими

3.1.2 Параметры объектов регулирования

Нагрузка-количество энергии или вещества, которое изменяется в объекте при проведении ТП

Емкость ( C ) -запас накопленной энергии или вещества

Коэффициент емкости - количество энергии или вещества, которое необходимо подвести или отвести от объекта с тем, чтобы изменить регулируемую величину на единицу измерения, т.е. отношение емкости объекта к значению регулируемой величины Кс = С/Х

Величина обратная коэффициенту емкости называется чувствительностью объекта к возмущению.

3.1.3 Объекты могут быть:

безъемкостные пример: небольшие трубопроводы

одноемкостные объекты, у которых нарушение равновесия между подачей и потреблением вызывают одновременные и одинаковые изменения регулируемой величины во всех точках емкости

многоемкостные, у которых имеются две или более емкостей, разделенных между собой термическим, гидравлическим или электрическим сопротивлениями.

самовыравнивание способность объекта без участия регулятора входить в новый режим работы.

объект, обладающий свойством самовыравнивания называют статическим - не обладающий астатическим.

22

способность объекта к самовыравниванию характеризуется степенью самовыравнивания

инерционность характеризует способность объекта к замедлению накапливать или расходовать энергию или вещество в результате наличия сопротивлений.

запаздывание отставание регулируемой величины.

время полного запаздывания складывается из транспортного /чистого/ и времени емкостного /инерционного/ запаздывания.

транспортное запаздывание это время, в течение, которого регулируемая величина не изменяется, несмотря на произведенное регулирующее воздействие.

емкостным запаздыванием называется запаздывание, зависящее от термических,

гидравлических и других сопротивлений между емкостями.

время разгона - время в течение, которого регулируемая величина изменяется от нуля до заданного значения при мгновенном 100% изменении регулируемого воздействия и постоянстве его действия.

постоянная времени объекта это время его разгона при отсутствии

самовыравнивания. Значение постоянной времени Т можно определить, если провести касательную к начальной точке кривой разгона. Отрезок, отсекаемый этой касательной на прямой параллельной оси абцисс, представляет собой постоянную времени объекта.

Широко применяется метод переходных характеристик, по которому можно определить: -

время запаздывания и природу его происхождения - степень самовыравнивания - скорость разгона. Времени транспортного запаздывания соответствует отрезок bc между временем возмущения и моментом изменения регулируемой величины

Время емкостного запаздывания - проводится линия касательная в точке перегиба g ,отрезок cd

Время разгона между моментом внесения возмущения и моментом достижения регулируемой величиной установившегося значения

постоянная времени - отрезок lk

23

Процесс получения передаточной функции объекта, исходя из данных о переходном процессе, называется идентификацией объекта.

							Пример. Предположим, что при подаче на вход
у							некоторого объекта ступенчатого воздействия была
ууст							получена	переходная	характеристика.	Требуется
							определить вид и параметры передаточной функции.
							По виду переходной характеристики можно сказать,
			д		T	t	что есть	траспортное	запаздывание и	переходная
							характеристика гладкая и не имеет точек перегиба.
							Предположим, что передаточная функция имеет
							вид

W(s) K e s

Ts 1

(инерционное звено первого порядка с запаздыванием).

Параметры передаточной функции: К - коэффициент усиления, Т - постоянная времени, -

запаздывание.

Коэффициентом усиления называется величина, показывающая, во сколько раз данное звено усиливает входной сигнал (в установившемся режиме), и равная отношению выходной величины у в установившемся режиме ко входной величине х:

K ууст ,

х

Установившееся значение выходной величины ууст - это значение у при t .

Запаздыванием называется промежуток времени от момента изменения входной величины х до начала изменения выходной величины у.

Постоянная времени Т может быть определена несколькими методами в зависимости от вида передаточной функции. Для рассматриваемой передаточной функции 1-го порядка Т определяется наиболее просто: сначала проводится касательная к точке перегиба, затем находятся точки пересечения с осью времени и асимптотой yуст; время Т определяется как интервал времени между этими точками.

В случае, если на графике между точкой перегиба имеется вогнутость, определяется дополнительное запаздывание доп, которое прибавляется к основному: = + доп.

24

Структура САР представлена на рисунке Требуется определить передаточные функции регулятора, объекта, разомкнутой системы, замкнутой системы и характеристические выражения.

		1	Регулятор
			K0
			s
x	e	2	u
			K1
		3
			K2 s

Объект управления
4	5
K44	s	y
	eK5

T2 s 11

s 1

В структурной схеме САР звенья, соответствующие регулирующему устройству, стоят перед звеньями объекта управления и генерируют управляющее воздействие на объект u. По схеме видно, что к схеме регулятора относятся звенья 1, 2 и 3, а к схеме объекта – звенья 4 и 5

3.2 Устойчивость системы регулирования

Важным показателем САР является устойчивость, поскольку основное ее назначение заключается в поддержании заданного постоянного значения регулируемого параметра или изменении его по определенному закону. При отклонении регулируемого параметра от заданной величины (например, под действием возмущения или изменения задания)

регулятор воздействует на систему таким образом, чтобы ликвидировать это отклонение.

Если система в результате этого воздействия возвращается в исходное состояние или переходит в другое равновесное состояние, то такая система называется устойчивой. Если же возникают колебания со все возрастающей амплитудой или происходит монотонное увеличение ошибки е, то система называется неустойчивой.

Необходимое и достаточное условие устойчивости формулируется следующим образом: Звено или система называются устойчивыми, если переходная составляющая с течением времени стремится к нулю:

lim yï (t ) 0.

t

25

Если выходной сигнал звена или системы y(t) рассматривать как сумму двух составляющих

	y(t) = yуст + уп(t),
где yóñò	lim y(t ) - установившееся значение y(t), уп(t) – переходная составляющая, то
	t

уп(t) = y(t) – yуст.

y y(t)

yуст

yп(t)

t

Если уп(t) с течением времени стремится к бесконечности, звено или система называются неустойчивыми. Другими словами:

	0		звено устойчиво
			звено неустойчиво	.
lim yп(t)
t
	не существует звено			на границе устойчивости

Примеры переходных процессов.

у	колебательный	у	у
	процесс
	апериодический
	t	t	t
	устойчивые процессы	неустойчивые процессы	на границе устойчивости

Если исследуемая АСР устойчива, то может возникнуть вопрос о том, насколько качественно происходит регулирование в этой системе и удовлетворяет ли оно технологическим требованиям. На практике качество регулирования может быть определено визуально по графику переходной кривой, однако имеются точные методы, дающие конкретные числовые значения.

26

3.3 Определение оптимальных настроек регуляторов

Регулятор может иметь несколько параметров настроек, каждый из которых может изменяться в достаточно широких пределах. При этом при определенных значениях настроек система будет управлять объектом в соответствии с заданными требованиями, при других может привести систему к неустойчивому состоянию.

Поэтому задача синтеза системы регулирования двух этапная, во-первых, определить настройки, соответствующие устойчивой системе, и, во-вторых, выбрать из них оптимальные значения , которые соответствуют экстремуму определённого критерия качества переходного процесса..

Оптимальными настройками регулятора называются настройки, которые соответствуют минимуму (или максимуму) какого-либо показателя качества. Требования к показателям качества устанавливаются непосредственно, исходя из технологических. Чаще всего накладываются требования на время регулирования (минимум) и степень затухания

( зад).

Однако, изменяя настройки таким образом, чтобы увеличить степень затухания, мы можем прийти к слишком большому времени регулирования, что нецелесообразно. И наоборот,

стремясь уменьшить время регулирования, мы получаем более колебательные процессы с большим значением .

На практике выбор параметров настройки часто проводят экспериментальным способом на основе эвристических методов. Однако в качестве начльного приближения можно использовать формульный метод.

Формульный метод определения настроек регуляторов используется для быстрой и приближенной оценки значений настроек регуляторов.

Если объект управления представляет собой инерционное звено с запаздыванием, т.е.

описывается передаточной функцией

W(s) K e s ,

Ts 1

где K – коэффициент усиления, Т - постоянная времени, - запаздывание , то настройки П-,

И-, ПИ- и ПИД-регуляторов могут быть определены по приведенным в таблице 1.5

формулам в зависимости от того, какой вид переходного процесса требуется получить. Во второй колонке таблицы приведены формулы для апериодического процесса без перерегулирования, в третьей – с перерегулированием 20 %, в четвертой – для процесса с максимальным быстродействием (процесс может быть сильно колебательным).

27

Регулятор

Апериодический

Процесс с

Процесс с

процесс

перерегулированием

минимальным

20 %

временем

регулирования

K1

0,3 T

K1

0,7 T

K1

0,9 T

K

K

P

K

K0

1

K0

1

K0

1

I

4,5 K

1,7 K

1,7 K

K1

0,6 T

,

K1

0,7 T

,

K1

T

,

K

K

K

PI

1

1

1

K0

K0

K0

K

K

K

0,95 T

1,2 T

1,4 T

K1

,

K1

,

K1

,

K

K

K

K0

0,4 T

,

K0

0,6 T

,

K0

1,08 T

,

PID

K 2

K 2

K 2

K2

0,38 T

K2

0,48 T

K2

0,7 T

K

K

K

Часто ставится задача поиска настроек, соответствующих оптимальным (максимальным или минимальным) значениям показателей качества Ci:

Ci opt,

которые могут образовывать векторный критерий С = {Ci}.

Задача сигнализации

Обязательной сигнализации подвергаются все технологические параметры, определяющие взрывоопасность объекта. Кроме того также сигнализируются параметры характеризующие техническое состояние ТСА (вибрация, осевой сдвиг, температура подшипников,

газотурбинных двигателей, между пусками, уровень заполнения полости насоса,

температура хладоагента компрессора).

Выделяют три уровня сигнализации: предупредительный, аварийный, блокировочный.

Диапазон каждого последующего уровня соответственно уже предыдущего. Выбор уставок должен выбираться с учетом погрешности и быстродействия оборудования, а также с учетом скорости изменения параметров.

28

Дополнительным плюсом является существование системы прогнозирования, которая еще до срабатывания системы сигнализации на основе анализа получаемых данных выдает сообщение о возможном состоянии объекта.

Схема сигнализации, реализованная на логических элементах, кроме собственно сигнализации должна обеспечивать проверку сигнализационного оборудования путем нажатия кнопки квитирования, а также снятие звукового сигнала при возникновении аварийной ситуации.

Задача блокировки – защита от неправильных действий оператора (нельзя заполнить насос, если температура не нормальная, нельзя его запустить, если нет давления).

Реализуется на контроллерах в виде логической схемы и выполняется автоматически.

Тема 4

4.1 Автоматизация гидромеханических процессов Трубопровод как объект управления

Жидкости и газы , применяемые в химической технологии необходимо транспортировать как между технологическими аппаратами, так и между цехами и производствами. Для этой цели используют трубопроводы. Трубопроводы являются практически единственным средством транспорта жидкости, поэтому это оборудование необходимо рассмотреть в первую очередь как объект управлениния.

1.Объект управления - схема, приведенная на рис.4.1.

Рис.4.1. Типовая схема процесса перемещения жидкости Из емкости 1 насосом 2 по трубопроводу 3 жидкость перекачивается в емкость 4.

29

4.2 Автоматизация центробежных насосов

Основные показатели работы насосов

Производительность, или подача, Q (м3/ceк) - объем жидкости, подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени.

Напор Н (м) - удельная энергия, сообщаемая насосом единице веса перекачиваемой жидкости.

.Полезная мощность Nn - это мощность, затрачиваемая насосом на сообщение жидкости энергии:

(2).

Мощность на валу насоса Ne – это отношение полезной мощности Nn к к.п.д. насоса:

	Коэффициент полезного действия насоса ηн				(3).
					(4).
	í v		* ã * ìåõ
	где ηv = Q/QТ - объемный к.п.д.;
	ã	H		- гидравлический к.п.д.
		Hò
	ηмех	-	механический к. п. д.

Основная цель управления насосами - обеспечить эффективную работу насоса на сеть.

Насосы как объекты управления классифицируются по принципу действия на:

центробежные;

поршневые.

Схема центробежного насоса

1 – корпус

2 – рабочее колесо

3 – лопатки

4 – линия для залива насоса перед пуском

5 – всасывающий трубопровод

6 – обратный клапан

7 – фильтр

8 – нагнетательный трубопровод

9 – вал

10 - сальник

Принцип действия центробежных насосов - основан на создании центробежных полей давления при вращении рабочего колеса в жидкости.

Работа схемы.

-В корпусе 1 вращается рабочее колесо 2 от привода 3.

30