СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

Схемы систем локального регулирования 4

Основные функции системы управления 7

Технико-экономические предпосылки создания АСУ ТП 8

Аппаратная реализация АСУ ТП 10

Информационный принцип построения АСУТП (рис. 3) 12

КРИТЕРИИ 13

НАЗНАЧЕНИЕ, ЦЕЛИ И ФУНКЦИИ АСУ ТП 15

РАЗНОВИДНОСТИ АСУ ТП 17

I. АСУ ТП, функционирующие без вычислительного комплекса 17

II. Информационно – измерительная система (ИИС). АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим только информационные функции 18

III. АСУ ТП с вычислительным комплексом, функционирующим в режиме «советчика» 19

IV. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим функции центрального управляющего устройства (супервизорное управление) 19

V. АСУ ТП с вычислительным комплексом, выполняющим функции непосредственного (прямого) цифрового управления (НЦУ) 22

СОСТАВ АСУ ТП 23

НАДЕЖНОСТЬ АСУ ТП 24

ОРГАНИЗАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 26

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 27

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 29

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 31

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО) 32

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ И АВТОМАТИКИ. 35

ВИДЫ ИЗМЕРЕНИЙ 36

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ 37

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТОЧНОСТИ И ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ 39

СЛУЧАЙНЫЕ ПОГРЕШНОСТИ 43

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ 47

СПОСОБЫ ЧИСЛОВОГО ВЫРАЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ. 47

ОЦЕНКА И УЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРИ ТЕХНИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЯХ 51

АНАЛОГОВЫЕ И ИМПУЛЬСНЫЕ СИГНАЛЫ 52

ТЕОРЕМА КОТЕЛЬНИКОВА 53

ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА 53

АНАЛОГОВО-ЦИФРОВЫЕ И ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ 54

ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 59

ТЕМПЕРАТУРА 63

Введение

В курсе рассматриваются основные принципы организации и технической реализации систем автоматического управления технологическими установками и процессами, конструкции и использование устройств и элементов, входящих в системы регулирования и предназначенные для получения передачи, хранения и преобразования информации, а также реализации управляющих воздействий на объект.

Для управления процессами во многих сферах человеческой деятельности используются специальные устройства или целые системы автоматического регулирования.

Автоматика – древнегреческое слово, означающее «самодействие». Первые механизмы появились у египтян во II в до н.э., первые автоматы – у арабов на рубеже нашей эры 2000 лет назад. Первый поплавковый регулятор применил Ктесибиос в Греции за 300 лет до н.э. в водяных часах. В масляном фонаре 250 г н.э. поплавковый регулятор поддерживал уровень масла, играющего роль горючего. Херон из Александрии в 1 в. н.э. написал книгу «Пневматика», где привел несколько чертежей поплавкового регулятора. Однако, в то время преобладал ручной труд и принципиального значения на техническое развитие это не оказало.

Задачу управления технологическим процессом на начальном этапе развития техники и производства решал человек, который, подавая определенные количества вещества или энергии, воздействовал на объект управления, одновременно «на глаз» оценивал ход процесса, при необходимости корректировал его и устанавливал момент его завершения (кузнец, выделка кож). По мере усложнения техники потребовалось более развитое и точное управление при необходимости существенного увеличения информации о процессе, в таких условиях ограниченность способностей человека регулировать «на глаз», «на ощупь» и «по наитию» стало тормозом для дальнейшего развития производства. Первыми помощниками в управлении стали измерительные приборы, человек вел процесс по стрелкам вблизи оборудования и в непосредственном контакте с потоками массы и энергии (тяжелые условия работы, но много дешевой рабочей силы, невысокая точность ведения процесса, малая ответственность).

Создание специализированных автоматических устройств началось в эпоху промышленной революции. (Ползунов 1765 – р-р уровня котловой воды, Уатт 1784 центробежный р-р скорости вращения. 3 примера) Указанные приборы являлись механическими (регуляторами прямого действия), были жестко встроены в машины и их невозможно было использовать в других агрегатах, но имели простую конструкцию и обеспечивали высокую надежность функционирования. (3 примера).

Т.о. для управления технологическими процессами со времен зарождения этой области техники в древности и до начала XX века применялись, в основном, простейшие механические, пневматические, электрические р-ры, расчет которых основывается на линейных одномерных моделях.

Широкое внедрение локальных р-ров и систем управления связано с индустриализацией: увеличение мощности агрегатов, повышение критичности технологических параметров (T, P, взрывоопасность), удорожание рабочей силы. К этому времени относится появление электромеханических и электрогидравлических р-ров, им на смену (в СССР в 50-е годы) пришли электрические и пневматические р-ры.

Важным техническим достижением явилось создание измерительных и исполнительных устройств с внешним источником энергии ( пневмо, электро, гидро). Это позволило наряду с развитием р-ров организовать посты контроля и дистанционного воздействия и централизованные щиты управления (более комфортно).

В развитии элементов, устройств и систем автоматики можно выделить несколько этапов:

1. На начальном этапе развития производства человек непосредственно управлял процессом сам, без специальных устройств регулирования. Дешевая рабочая сила, низкий уровень развития техники и производительности труда, малая единичная мощность агрегатов. Экономически целесообразен ручной труд и для регулирования процесса.

2. По мере усложнения производства требовалось более развитое и точное управление. Механизации и автоматизации подвергаются операции, которые человек не может выполнить в силу своих психофизических возможностей либо стабилизация параметров повышенной аварийной опасности. Используются регуляторы прямого действия, жестко встроенные в технологический объект. Стали появляться различные контрольно-измерительные устройства. Человек вел технологический процесс, находясь возле местных измерительных устройств, установленных непосредственно на оборудовании и работающих в прямом контакте с материальными потоками.

3. Дальнейший рост мощностей и размеров оборудования ужесточил требования к управлению. Важным техническим достижением явилось создание измерительных, регулирующих и исполнительных устройств с внешним источником энергии, в том числе с пневматическим и электрическим приводом. Развитие элементов систем управления косвенного действия. Это позволило организовать посты контроля и дистанционного управления и широко применить автоматические регуляторы. В результате значительно улучшились условия работы обслуживающего персонала: уменьшилась физическая нагрузка, более удобным стало рабочее место, благоприятнее стала и внешняя среда. Но пока специализация, отсутствие унификации, взаимозаменяемости. Перенести регулятор от одного объекта к другому зачастую невозможно.

4. Разрабатываются и используются непрерывные аналоговые регуляторы. С введением унифицированных измерительных и управляющих сигналов, передаваемых на расстояние, переработка информации была территориально отделена от технологического процесса. Схема регулирования собирается из отдельных элементов, они обычно заменяемы. Появилась возможность объединять местные посты в центральные щиты управления.

5. Цифровые локальные регуляторы и системы управления. Верхний уровень полностью «обезличен», унификация, взаимозаменяемость. Отличие в каналах информации, схемах управления.

ТАР основные понятия