- •1 Основные термины и определения тау
- •1.1 Основные понятия
- •1.2 Классификация аср
- •1 По назначению (по характеру изменения задания):
- •2 По количеству контуров:
- •3 По числу регулируемых величин:
- •4 По функциональному назначению:
- •5 По характеру используемых для управления сигналов:
- •6 По характеру математических соотношений:
- •7 По виду используемой для регулирования энергии:
- •8 По наличию внутреннего источника энергии
- •9 По принципу регулирования:
- •2 Характеристики и модели элементов и систем
- •2.1 Основные модели
- •2.2 Статические характеристики
- •2.3 Временные характеристики
- •2.4 Дифференциальные уравнения. Линеаризация
- •2.5 Преобразования Лапласа
- •2.6 Передаточные функции
- •2.6.1 Определение передаточной функции
- •2.6.2 Примеры типовых звеньев
- •2.6.3 Соединения звеньев
- •2.6.4 Передаточные функции аср
- •2.6.5 Определение параметров передаточной функции объекта по переходной кривой
- •2.7 Частотные характеристики
- •2.7.1 Определение частотных характеристик
- •2.7.2 Логарифмические частотные характеристики
- •3 Качество процессов управления
- •3.1 Критерии устойчивости
- •3.1.1 Понятие устойчивости линейных систем
- •3.1.2 Корневой критерий
- •3.1.3 Критерий Стодолы
- •3.1.4 Критерий Гурвица
- •3.1.5 Критерий Михайлова
- •3.1.6 Критерий Найквиста
- •3.2 Показатели качества
- •3.2.1 Прямые показатели качества
- •3.2.2 Корневые показатели качества
- •3.2.3 Частотные показатели качества
- •3.2.4. Интегральные показатели качества
- •3.2.5 Связи между показателями качества
- •4. Настройка регуляторов
- •4.1. Типовые законы регулирования
- •4.2 Определение оптимальных настроек регуляторов
- •Часть 2. Средства автоматизации и управления
- •1 Измерения технологических параметров
- •1.1 Государственная система приборов (гсп)
- •1.2 Основные определения
- •1.3 Классификация контрольно-измерительных приборов
- •1.4 Виды первичных преобразователей
- •1.5 Методы и приборы для измерения температуры
- •1.5.1 Классификация термометров
- •1.5.2 Термометры расширения. Жидкостные стеклянные
- •1.5.3 Термометры, основанные на расширении твердых тел
- •1.5.4 Газовые манометрические термометры
- •1.5.5 Жидкостные манометрические термометры
- •1.5.6 Конденсационные манометрические термометры
- •1.5.7 Электрические термометры
- •1.5.8 Термометры сопротивления
- •1.5.9 Пирометры излучения
- •1.5.10 Цветовые пирометры
- •1.6 Вторичные приборы для измерения разности потенциалов
- •1.6.1 Пирометрические милливольтметры
- •1.6.2 Потенциометры
- •1.6.3 Автоматические электрические потенциометры
- •1.7 Методы измерения сопротивления
- •1.8 Методы и приборы для измерения давления и разряжения
- •1.8.1 Классификация приборов для измерения давления
- •I. По принципу действия:
- •II. По роду измеряемой величины:
- •1.8.2 Жидкостные манометры
- •1.8.3 Чашечные манометры и дифманометры
- •1.8.4 Микроманометры
- •1.8.5 Пружинные манометры
- •1.8.6 Электрические манометры.
- •1.9 Методы и приборы для измерения расхода пара, газа и жидкости
- •1.9.1 Классификация
- •1.9.2 Метод переменного перепада давления
- •1.9.3 Расходомеры постоянного перепада давления
- •1.10.2 Поплавковый метод измерения уровня
- •1.10.3 Буйковые уровнемеры
- •1.10.4 Гидростатические уровнемеры
- •1.10.5 Электрические методы измерения уровня
- •1.10.6 Радиоволновые уровнемеры
- •2 Исполнительные устройства
- •2.1 Классификация исполнительных устройств
- •2.2 Исполнительные устройства насосного типа
- •2.3 Исполнительные устройства реологического типа
- •2.4 Исполнительные устройства дроссельного типа
- •2.5 Исполнительные механизмы
- •3 Функциональные схемы автоматизации
- •3.1 Условные обозначения
- •3.2 Примеры построения условных обозначений приборов и средств автоматизации
- •3.3 Основные принципы построения функциональных схем автоматизации
- •Xe [xt] xiа лампочка.
- •Xe [xt] xirа лампочка.
- •Xe [xt] xiс задвижка.
- •3.4 Примеры схем контроля температуры
- •1 Индикация и регистрация температуры (tir, рисунок 2.35)
- •2 Индикация, регистрация и регулирование температуры с помощью пневматического регулятора (tirс, пневматика, рисунок 2.36)
- •Часть 3. Современные системы управления производством
- •1 Структура современной асутп
- •2 Аппаратная реализация систем управления
- •2.1 Средства измерения технологических параметров
- •2.2 Устройства связи с объектом
- •2.3 Аппаратная и программная платформа контроллеров
- •2.4 Промышленные сети
- •3 Программная реализация систем управления
- •3.1 Виды программного обеспечения
- •3.2 Scada-системы
- •3.3 Работа с субд
- •3.3.1 Принципы работы баз данных
- •3.3.2 Обеспечение безопасности баз данных
- •3.3.3 Операторы языка sql
- •3.4 Методология idef
- •3.4.1 Модели систем
- •3.4.2 Методика построения функциональной модели
- •3.4.3 Методика построения информационной модели
- •3.5 Программные системы управления производством
- •Список литературы
- •Приложение а
- •1 Шина asi
- •2 Шина ControlNet
- •3 Шина Interbus
- •4 Шина can
- •5 Протокол hart
- •6 Шина Foundation Fieldbus
- •7 Протокол lon (lonTalk)
- •8 Шина DeviceNet
- •9 Протокол WorldFip
- •10 Сеть Profibus
- •11 Протокол Ethernet
- •Приложение б
- •Приложение в
- •Приложение г
- •Содержание
- •Часть 1. Теория Автоматического Управления (тау) 4
- •Часть 2. Средства автоматизации и управления 63
- •Часть 3. Современные системы управления производством 104
2.5 Исполнительные механизмы
Стандартные исполнительные механизмы (ИМ) работают в комплекте с РО, образуя вместе ИУ, и классифицируются:
- по виду энергии, создающей перестановочное усилие (электрические, пневматические, гидравлические и др.);
- по виду движения (прямоходовые, однооборотные и многооборотные);
- по принципу создания перестановочного усилия (мембранные, поршневые, сильфонные, лопастные, электромагнитные, электродвигательные и др.).
Пневматические ИМ нашли широкое распространение благодаря простоте конструкции, низкой стоимости, надежности, способности работать в пожаро- и взрывоопасных условиях. Недостатки: ограниченность расстояния от регулятора до места установки ИУ (обычно до 200 м), низкое быстродействие, низкий класс точности.
Входным сигналом этих ИМ является давление сжатого воздуха Рu (см. рисунок 2.30), которое, воздействуя на мембрану, создает усилие
F = Sэф (Рu – Ро),
где Pu – управляющее давление,
Ро – начальное давление, при котором создается движение плунжера,
Sэф – эффективная площадь мембраны.
Электрические ИМ имеют преимущества: высокое быстродействие, компактность, доступность источника энергии, большие перестановочные усилия. Недостатки: дороговизна, необходимость мер защиты во взрыво- и пожароопасных условиях.
Подразделяются на электродвигательные (привод от двигателя) и электромагнитные.
Промышленность выпускает практически только электродвигательные ИМ с напряжением 220 В или 380 В:
- многооборотные (МЭМ),
- однооборотные (МЭО) с углом поворота до 360º,
- прямоходовые (МЭП).
Пример маркировки: МЭО-0,63/10-0,25 (однооборотный электрический ИМ, момент 6,3 Н.м, время хода 10 с, номинальный ход 0,25 оборота).
3 Функциональные схемы автоматизации
3.1 Условные обозначения
Все местные измерительные и преобразовательные приборы, установленные на технологическом объекте, изображаются на функциональных схемах автоматизации (ФСА) в виде окружностей (см. рисунок 2.31, а, б).
Если приборы размещаются на щитах и пультах в центральных или местных операторных помещениях, то внутри окружности проводится горизонтальная разделительная линия (см. рисунок 2.31, в, г). Если функция, которой соответствует окружность, реализована в системе распределенного управления (например, в компьютеризированной системе), то окружность вписывается в квадрат (см. рисунок 2.31, д).
Внутрь окружности вписываются:
- в верхнюю часть - функциональное обозначение (обозначения контролируемых, сигнализируемых или регулируемых параметров, обозначение функций и функциональных признаков приборов и устройств);
- в нижнюю - позиционные обозначения приборов и устройств.
Места расположения отборных устройств и точек измерения указываются с помощью тонких сплошных линий.
Буквенные обозначения средств автоматизации строятся на основе латинского алфавита и состоят из трех групп букв:
1 буква - Контролируемый, сигнализируемый или регулируемый параметр:
D - плотность,
Е - любая электрическая величина,
F - расход,
G - положение, перемещение,
Н - ручное воздействие,
К - временная программа,
L - уровень,
М - влажность,
Р - давление,
Q - состав смеси, концентрация,
R - радиоактивность,
S - скорость (линейная или угловая),
Т - температура,
U - разнородные величины,
V - вязкость,
W – масса.
2 буква (необязательная) - уточнение характера измеряемой величины:
D - разность, перепад,
F - соотношение,
J - автоматическое переключение,
Q - суммирование, интегрирование.
3 группа символов (несколько букв) - функции и функциональные признаки прибора:
I - показания,
R - регистрация,
С - регулирование,
S - переключение,
Y - преобразование сигналов, переключение,
А - сигнализация,
Е - первичное преобразование параметра,
Т - промежуточное преобразование параметра, передача сигналов на расстояние,
К - переключение управления с ручного на автоматическое и обратно, управление по программе, коррекция.
Дополнительные условные обозначения преобразователей сигналов и вычислительных устройств приведены в таблице 2.2.
Букву S не следует применять для обозначения функции регулирования (в том числе позиционного).
Буква Е применяется для обозначения чувствительных элементов, т. е. устройств, выполняющих первичное преобразование, например, термометров термоэлектрических (термопар), термометров сопротивления, сужающих устройств расходомеров.
Буква Т обозначает промежуточное преобразование — дистанционную передачу сигнала. Ее рекомендуется применять для обозначения приборов с дистанционной передачей показаний, например, бесшкальных манометров (дифманометров), манометрических термометров с дистанционной передачей и других подобных приборов.
Буква K применяется для обозначения приборов, имеющих станцию управления, т. е. переключатель для выбора вида управления (автоматическое, ручное) и устройство для дистанционного управления.
Буква Y рекомендуется для построения обозначений преобразователей сигналов и вычислительных устройств.
Порядок построения условных обозначений с применением дополнительных букв следующий: на первом месте ставится буква, обозначающая измеряемую величину; на втором—одна.
Буква U может быть использована для обозначения прибора, измеряющего несколько разнородных величин. Расшифровка этих величин приводится около прибора или на поле чертежа. Для конкретизации измеряемой величины около изображения прибора (справа от него) необходимо указывать наименование или символ измеряемой величины, например, «Напряжение», «Ток», рН, О2 и т. д.
Для обозначения величии, не предусмотренных данным стандартом, могут быть использованы резервные буквы В, N, О; при этом многократно применяемые величины следует обозначать одной и той же резервной буквой. Резервные буквенные обозначения должны быть расшифрованы на схеме. Вводной и той же документации не допускается применение одной резервной буквы для обозначения разных величии.
Таблица 2.2 - Дополнительные условные обозначения преобразователей сигналов и вычислительных устройств
Наименование |
Обозначение |
Род энергии сигнала: электрический пневматический гидравлический Форма сигнала: аналоговый дискретный Операции, выполняемые вычислительным устройством: суммирование умножение величины сигнала на постоянный коэффициент К перемножение величин двух и более сигналов деление величин друг на друга возведение величины сигнала f в степень n извлечение из величины сигнала корня степени n логарифмирование дифференцирование интегрирование изменение знака сигнала ограничение верхнего значения сигнала ограничение нижнего значения сигнала Связь с вычислительным комплексом: передача сигнала на ЭВМ вывод информации с ЭВМ |
Е Р G
А D
К : fn
lg dx/dt
X(-1) Max min
Bi Вo |
Условные обозначения других приборов, используемых на схемах, показаны на рисунке 2.32:
- исполнительный механизм (общее обозначение). Положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала не регламентируется, – рисунок 2.32, а;
- исполнительный механизм, открывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала, – рисунок 2.32, б;
- исполнительный механизм, закрывающий регулирующий орган при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала, – рисунок 2.32, в;
- исполнительный механизм, оставляющий регулирующий орган в неизменном положении при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала, - рисунок 2.32, г;
- исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом (обозначение может применяться в сочетании с любым из дополнительных знаков, характеризующих положение регулирующего органа при прекращении подачи энергии или управляющего сигнала), – рисунок 2.32, д;
- автоматическая защита из системы противоаварийной защиты (ПАЗ, см. рисунок 2.32,е);
- технологическое отключение (включение) из системы управления (см. рисунок 2.32, ж);
- регулирующий орган (задвижка, клапан и т.д.), – рисунок 2.32, и;
- регулирующий клапан, открывающийся при прекращении подачи воздуха (нормально открытый), – рисунок 2.32, к;
- регулирующий клапан, закрывающийся при прекращении подачи воздуха (нормально закрытый), – рисунок 2.32, л;
- управляющий электропневматический клапан, – рисунок 2.32, м;
- отсекатель с приводом (запорный клапан), – рисунок 2.32, н;
- электрозадвижка, – рисунок 2.32, п;
- пневмоотсекатель, – рисунок 2.32, р;
- отборное устройство без постоянно подключенного прибора (служит для эпизодического подключения приборов во время наладки, снятия характеристик и т. п.), – рисунок 2.32, с.
Рисунок 2.32