close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

4266 jalmagambetova u. k. andreeva o. a tiptik tehnologiyalikh procesti jane ndiristi avtomattandiru avtomatizaciya tipovih tehnologicheskih processov

код для вставкиСкачать
681.5
Ж22
У.К. Жалмагамбетова,
О.А. Андреева
ТИПТІК ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТІ
ЖӘНЕ ӨНДІРІСТІАВТОМАТТАНДЫРУ
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
5ВО702 «Автомәттәндыру жәнө бәсқәру»
мамандығының студенттеріне тәжірибелік
сабақтарына арналған әдістемелік нұсқау
I
ТИПТІК ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ
ПРОЦЕСТІЖӘНЕ ӨНДІРІСТІ
АВТОМАТТАНДЫРУ
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
ЭВЕРО
Алматы. 2016
ӘОЖ 681.5 (075.8)
КБЖ 32.9б5я73
Ж 22
11 *шй
•
| г%Ж
Л" ?в -л
%***
#
Т1
• #
: ;Л # *
•
■ К. в4 {
4 'Vё %%
1
" •*.* •*# *ці 9х4
* 0Ут*
■ •
# >
С. Торайгыров атындагы Павлодар мемлекеттік университетінің
энергетшалық факулътетінің автоматтандыру жэне басқару
кафедрасының отырысында басуга үсынылды
Пікір сарапшы:
техника ғылымдарының докторы, профессор, кафедра меңгерушісі
автоматтандьфу жэне басқару В.Ф. Хацевский
Ж 22 Жалмагамбетова У.К., Андреева О.А.
Типпк технологиялық процесті жэне өндірісгі автоматтандыру:
050702 «Автоматтандыру жэне баскару» мамандыгының
сгуденттеріне тэжірибелік сабақгарына арналған әдістемелік
нұсқау / У.К.Жалмагамбетова, О.А.Андреева. —Алматы: «Эверо»
баспасы, 2016 ж. - 72 б.
І8ВМ 978-601-310-462-1
Әдістемелік нұсқаулыкта ” Типтік технологиялық процесті және
өндірісті автоматтандыру " пәні бойынша тэжірибелік сабакгарға
дайындалу үшін тапсырмалар және оларды орындау жөніндегі
ұсыныстар келтіріледі, сабактарды жүргізу мақсаттары көрсетілген.
Әдісгемелік нұсқаулық 050702 "Автоматтандыру жэне баскару",
мамандықгарының жұмысшы оку жоспарына жэне жұмыс
бағдарламасына сәйкес эзірленді.
Материалдық дурыс болуына, грамматикалық және
орфографиялың қателерге авторлар мен қурастыруіиылар
жауапты
978-601-310-462-1
агы.чдағы ПМУ-дің '
академмл С.Бейсембае
әтындағы ғылыч#
Жал
магамбетова
У.К.,
|
г А I -1
Андреева (Ж>/п/3(Н6
|
ТИПТІК ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ
ПРОЦЕСТІЖӘНЕ ӨНДІРІСТІ
АВТОМАТТАНДЫРУ
КГРІСПЕ
Практикалық сабақтардың мақсаты - «Типтік технологиялық
үрдістерді автоматтандыру» курсы бойынша студенттердің білімін
бекіту жэне тереңдету, оларды ТҮ автоматтандыру жүйелерін
зерттеудің, жобалаудың, инженерлік есептеудің жаңа заманғы
әдістерімен оқыту.
Студенттер практикалық сабактарда жеке тапсырмалар
бойынша жұмыс істейді және түсінбеген сұрақтары бойынша кеңес
алады.
Инженерлік есептеудің типтік әдістері мен этаптарын және ТҮ
автоматтандыру жүйелерін жобалауды практикалық қолдануда
студенттердің ынтасын арттыру мақсатымен тапсырмалар
құрастырыл ған.
Практикалық сабақтарда студенттерге тапсырмалар беріледі
жэне «Тштгік технологиялық кешендерді автоматтандыру»
бойынша курстық жүмыстың негізгі бөлімдері қарастырылады.
Жұмысты келесі тэртіппен орындау ұсынылады:
1. Технологиялық жабдық пен технологиялық үрдісті
сипаттау.
2. Автоматтандырудың
объектісі
сияқты
өндірістік
үрдістердің сипаттамасы.
3. Автоматтандырудың таңдалған деңгейін түсіндіру.
4. Автоматтандыруга тапсырманы өңдеу.
5. Технологиялық схеманы талдау. Басқару жүйесіне талапты
құрастыру. Автоматтандырудың функционалдық схемасын кұру.
Аспаптар мен аппараттарға спецификациясын құру..
6. Реттеу
объектісін
математикалық
сипаттау.
АРЖ
құрылымдық схемасын құру.
7. Ретгегіштерді таңдау және есептеу.
8. АРЖ орнықтылыгын зерттеу және орнықтылық шартгары
бойынша параметрлерді тандау.
9. Өтпелі үрдістерді зерттеу. Алынган нәтижелердің талдауы.
10. Принципиалды электрлік схемасы (ТҮ автоматты
бақылаудың, реттеудің, сигнал берудің, басқарудың).
ТАҚЫРЬШ 1.
Орындалатын тапсырманың сипаттамасы
Алдымен басқару жүйесін өңдеу үшін басқару объеюгісінің
технологиялық ерекшеліктерімен танысу қажет. Оқу жобасында
тапсырмаға сәйкес келетін өнеркэсіптік өндіріс салаларының
ғылыми-техникалық және арнайы әдебиеттері бойынша сұрақгарды
меңгерумен шектелуге болады. Сапаны автоматтандыру бойынша
эдебиетгерді қолдану ұсынылады.
Өндірістік үрдіс - бұл технологиялық ағындармен өзара
байланысқан жэне бір тұтастай эрекет ететін машиналар мен
аппараттардың
жиынтығы,
яғни
оларда
технологиялық
операциялардың белгілі бір реті жүзеге асырылады.
Оқу барысында басқару құрылғысының, автоматгандыру
объектісінің, оның жұмысының шартгарының талаптарына назар
аудару керек.
Технологиялық үрдісті меңгеру нэтижесінде аныктау қажет:
а) Кәсіпорын өндірісінің жалпы ағынында өнеркэсігггік
қондырғының технологиялық белгіленуін жэне оның өнімінің
сипаттамасын:
- сапасын сипаттайтын көрсеткіштері, олардың номиналды
мэндері жэне жіберілетін ауытқулары;
- ауыткудың сапаға әсері;
- сапз көрсеткіштерін автоматты реттеудің мүмкіндігі.
б) Бөлім агрегатының сипаттамалары:
- жабдықгың құрамы;
- агрегаттарда өтетін химиялық жэне физикалық процестер;
- агрегаттың жұмысын сипаттаитын параметрлері жэне осы
шамалардың мүмкін болатын өзгертулері;
- агрегатқа эсер ету тәсілдері;
- агрегат жұмысының апаттық режимі, олардың соңы мен
жою әдістері.
ТАҚЫ РЫ П 2.
Автоматтандырудың объектісі сияқты
өндірістік үрдістердіц сипаттамасы
Кез келген технологиялық үрдіс үрдістің көрсеткіштері деп
аталатын физикалық шамалармен сипатгалады. Кейбір үрдістер
үшін көрсеткіштер түрақты, басқалары үшін аныкталған заң
бойынша белгілі бір аралықта олардың өзгеруі мүмкін болады.
Басқару үрдісінде өзгермей сақтапатын немесе бірден өзгеретін
объектінің физикалық көрсеткіштері басқаратын шамалар
(реттейтін координатапар) деп аталады.
Объектінің жағдайын аныктайтын әсерлер шығыстық деп
аталады. Материалдық жэне энергетикалық агындардың физикалық
параметрлері (температура, қысым, олардың уақыт бойынша
туындылары), конструкциялық параметрлері, ТҮ жылдамдьнъіна
эсер ететін технологиялық параметрлері, дайын өнімнің шығысы
мен сапасы шығыстық мэндер болып табылады. Шығыстық
мэндерінің
бөлігін
біз
бақылаушы
құрылғылардың
(идентификаторлардың) көмегімен бақылай апамыз - олар
бакылаушы деп аталады. Осы мәндері бойынша басқару
жүргізіледі.
Жүйенің сыртқы әсерін сипаттайтын шамалар кірістік мэндері
деп аталады. Оларға басқаратын және ұйытқу әсерлері жатады.
Шыгындардың басқарылатын өзгерулері, материалдық жэне
энергетикалық ағындардың параметрлері (шикізат беруді, жылу
үрдістерді реттеу, жетектердің айналу жиіліктері) басқаратын
әсерлер болып табылады.
Сыртқы ортаның әсерлері ұйытқу әсерлер деп аталады, олар
жүктеме және бөгет деп бөлінеді.
Жүктеме - бұл басқарушы құрылғыдан бпсқа жүйеге келетін
жэне объектінің ауыспалы жагдайына эсер ететін жұмыс шартының
өзгеруіне ұйытқу әсері. Бөгет —бүл басқаратын қүрылгыга келетін
жүктеме, объектінің жагдайы мен динамикалык қасиеттері
(бастапқы материал дың құрамының өзгеруі, энергетикалык
жагдайы, жабдықтың қабылдамауы, шу, т.б.) туралы акпаратты
бұрмапайтын ұйытқу эсері.
-
Г
м
-
'
.
І-сурет
Бөгеттер негізгі және құрама болуы мүмкін. Негізгілеріне
басқаратын (реттелетін) шамаларға өте үлкен эсер ететіңдері
жатады. Егер ұйытқу эсерлерінің басқарылатын шамаларга әсері
мэнсіз болса, онда оларды құрама деп атайды. Әдетте автоматгы
жүйеде негізгі және құрама үйытқу әсерлері де болады.
Үйытқулар бақыланатын жэне бақыланбайтын болулары
мүмкін. Олардың арасында детерминирленген жэне стохастикалық
түрлері де кездеседі. Детерминирленген ұйытқулар уақыттың алдын
ала белгілі функцияларымен сипатгалады, ал стохастикалық —
кездейсоқ функциялармен, яғни олардың мэндері уақыттың әрбір
мезетінде кездейсоқ шамалар болады.
Курстық жобада берілген басқару объектісінің кірістік жэне
шығыстық эсерлерін анықтап, оларга баға беру.
ТАҚЫ РЫ П 3.
Автоматтандырудың таңдалған деңгейін түсіндіру
ТУ БАЖ сыртқы құрылымында ТҮ БАЖ түрлі деңгейперінің
жүйелері бөлінуі мүмкін, олар нақты мақсаттары мен
тапсырмаларына жауап беретін функционалдық және құрыльгмдық
белгілері бойынша бөлінеді. Егер жүйенің қызметі бір механизммен
шектелсе, онда ол локальды деп атапады. Мысалы, металды
қалдықсыз кесу жүйесі, ол станок қайшысының жылжымалы
тірегімен басқарылады. Осы локальды ТҮ БАЖ металдың
минималды қалдығын ашу кезінде тапсырыстың орындалуын
қамтамасыз етеді. Ол тапсырысты орындау уақыты, көлемі,
слябтердің стандартты үзындыгы туралы ақпаратқа ие жэне ЭЖ
БАЖ үшін тіректі жылжьпуға тапсырманы өңдейді.
Егер локальды жүйелермен басқарылатын механизмдер
технологиялық үрдістермен өзара байланысқан болса, онда олардың
өздік координациялары үшін түйіндік ТҮ БАЖ қалыптастырылады.
Түйінге локальды ТҮ БАЖ біріктіру аймактык немесе
функционалдық белгіл^рі арқылы жүзеге асырылады. Бұл жагдайда
жүмыс органдарының немесе механизмдердің бір афегаттарында
орнапасқан жалпы жа дайлық байланыс орнатылады. ГТрокатты
станок өнімі қоймасыг.ың механизмдерімен, пештермен басқару
жүйесі түйіндік ТҮ БАЖ болып табылады. Функционалдық
белгіпері бойынша біріктірілген, локалды ТҮ БАЖ-дан түйінді қүру
берілген өнімділіктің барлық объектілері үшін біртұтастықтан
шығады.
Басқару жүйесінің келесі деңгейі — кешендік ТҮ БАЖ —
технологиялық желі мен комплекстерді басқару максатында
түйіндік ТҮ БАЖ-ды өздік басқару кажеттілігіне негізделген. Бұл,
мысалы, автоматтандырылган
станоктық желілері,
илемді
станоктардың механизмдері мен агрегаттарының кешені, ыстық
илемдеудің жіңішке орнагы, роторлы жер казатын кешені.
Өндірістің қызметі мен бөлімшелерінің ақпаратын өңдеудің
автоматтандырылган жүйелерімен және ақпараттық түйіндерімен
толықтырылган,
біртұтас жүйе
ретінде
үйымдастырылған
комплекстік ТҮ БАЖ өндіріспен басқарудың автоматтандырылган
жүйесін (Ө БАЖ) қалыптастырады. Бірнеше біріктірілген Ө БАЖ
өнеркэсіптік
саланы
басқарудың
жүйесін
(ӨС
БАЖ)
қалыптастырады. Сыртқы кұрылымды осылай құру принципі
багыныңқы немесе иерархиялық деген атауга ие болды.
1-кесте
АЖ денгейі
Жеке технологиялык
агрегаттардың АЖ
*
Оптимизациясыз логикабағдарламалык басқарудың
авто маттанд ырылған
жүйелері
Оптималды баскарудың
авто маттанд ырылған
жүйелері
Комплексті басқарудың
авто маттанд ыр ылған
жүйелері
Экономикалық эффективтілкктердің көздері
Өндіріс мэдениетін жоғарылату
Өнім сапасын жоғарылату
Еңбек сапасын жогарыпату
Жабдыкты колданудың эффективтілігін
жогарылату
Технологиялык операцияларды орындау
кезінде еңбек өнімділігін жоғарылату
Оператордың қателерін төмендегу
Ақауды төмендету
Өнімнің сапасы мен мөлшерін жогарылату
Өнімді оптималды үлестіру
Бөлімдер мен технологиялык желілерде жұмыс
уақытын жоғалтуды төмендету
Басқарудың сапасы мен жылдамдыгын арттыру
ТҮ БАЖ иерархиясы жалпы жүйенің өзара байланысқан
бағыныңқы ретін анықтайды, ол өнеркэсіптік сапаның арапығында
нақты өнеркэсіптік кәсіпорынның, цехтардың, технологиялық
комплекстердің,
механизмдердің
мүмкіндігін
есептеумен
оптималды заңдар бойынша жүзеге асырылатын белгілі бір
стратегияның өңделуіне негізделеді. Иерархиялық принциптің
маңызы - эрбіреуі деңгейден жаргы тапсырмасын өңдейді.
Автоматтандырудың жобаланатын жүйесіне қойылатын
талаптарга сәйкес оның деңгейін және жалпы жүйенің
экономикалық эффективтілігінің көздерін анықтау қажет.
ю
ТАҚЫ РЫ П 4.
Автоматтандыруға тапсырманы өндеу
Технологиялық үрдістің анализі негізінде материалдық жэне
энергетикапық ағындардың сипаттамалары анықталады:
- шығындардың номиналды мәндері және жұмыстың эр түрлі
режимдеріндегі өзгеру диапазоны;
- ағындардың фнзикалық параметрлерінің номиналды жэне
аралық ты мәндері;
- осы агындардың өнімнің сапасына эсерінің сипаты.
Осы берілгендер бойынша кесте турінде автоматтандыруға
тапсырма құрастырылады. Толтыру үлгісі 2-кестеде келтірілген.
2-кесте
№
1
-
---------
Техноло- Белгі- Параметр- Параметр- Автоматтан- Параметргиялық
ленуі дің атауы
дырудын
ді ұстау
дің
агрегаттың
шамасы
дәрежесі
далдігі
атауы
Айналмалы өртеу температура 1540 °С
Автоматты
±20°С
пеш
реттеу
ТАҚЫРЫП
Автом аттанды рудың функционалдық схемасын күру
Барлық өлшеуіш түрлендіргіштер (берілгіиггер), соңдай-ак
орны боиынша орнатылатын аспаптар үшін жазылатын әріптік
.белгіленудің көлеміне байланысты дөңгелек түрівдегі бірегей
графикалық белгіленулер қабылданған. Горизонталды сызықпен екі
тең жартыга бөлінген белгілену щит немесе пультге орналасқан
аспапқа сэикес келеді.
Негізгі эріптік белгілену аспаптың шартгы графикалық
белгіленуінің жоғаргы өрісінде жазылады. Өрісте сызықгың
астында осы аспаптың өлшеудің, реттеудің, басқарудың белгі
беруінің нақты схемасындагы позиционды белгіленуі көрсетіледі.
Әріптік шартгы белгіленуде ақпаратгы жазудың келесі тізбегі
Кабылданған.
1. Алдымен
негізгі өлшенетін шаманың белгіленуі
жазылады және оның түсіндірмесі, егер ол талап етілсе.
2.
Содан соң аспаптың функционалдық белгілері
көрсетіледі, егер олар аспапта бірнешеу болса, сондай-ақ қатаң
реттеу
сигнал
Технологиялық үрдістерді автоматтандыру жүйелерінің
щиті мен пульті схемада тікбұрыштар түрінде белгілейді,
олардың өлшемдері автоматтандырудың аспаптары мен
құралдарының шартты графикалық белгіленулерінде көрсету
үшін қажетті орындарымен анықталады.
АспаптарДы белгілеуден ерекше, барлық орындаушы
механизмдерді байланыс желісінің кесіндісімен квадрат немесе
дөңгелекмен белгілейді. Үлкен емес өлшемді белгілеулер, оған
әріптік белгіні жазу қажет емес екенін түсіндіреді. Орындаушы
механизмнің қосымша қол жетегін квадраттың бүйір жағында Ттэрізді символ түрінде немесе дөңгелекке жазылған Н эрпімен
кескінделеді. Реттеуші орган аналогиялық түрде құбырлы
арматураны кескіндейді. 3-кестеде бірінші эріптің негізгі мәндері
берілген.
3-кесте
I Белг. Өлшенетін шаманы
Белг.
белгілейтін бірінші әріптің
негізгі мәні
Тығыздық
Р
Кез келген электрлік шама
К
Өлшем, жағдайы, орын
іК
ауысуы
Шыгын
3
Қолмен эсер ету
т
Сапаны сипаттайтын
і
шамасы: құрамы,
концентрациясы
Деңгей
V
Ылғалдылық
XV
Р
Е
°
Ғ
Н
г
рй
|м
Өлшенетін шаманы
белгілейтін бірінші әріптің
негізгі мәнк
Қысым, вакуум
Уақыт, уақытша бағдарлама
Радиоактивтілік
Жылдамдылық, жиілік
Температура
Бірнеше эр текті өлшенетін
шамалар
Вязкость
Масса
Кестеде А, В, С, I, Ы, О, Ү, 2 әріптері жоқ. Бұл әріптер
резервті болып табылады және қажетті жагдайларда қолданылуы
мүмкін, МЕСТ қарастырылмаған ақпаратты енгізу үшін. X әрпін
қолдану ұсынылмайдь.
Аспаптармен орь ідалатын функдияларды белгілеу үшін 4кестеде келтірілген же' і әріп қолданылады.
Аспаппен орындалатын функциясы, резервті болып
табылатын, Е, С, V әріптерімен белгіленуі мүмкін.
4-кесте
қпараттың
өрінісі
Белгі беру
Көрсеткіш
Белг
Шыгыстык
сигналды
қалыптастыру
Реттеу, баскару
аиыру, қаита
Қосымша мәні
Өлшенетін
шаманын
жогаргы мәні
Өлшснетін
шаманын
жогаргы мәні
Автоматтандырудың
аспаптары
мен
қүралдары ны ң
функционалдық белгілері косымша төрт негізгі әріптермен
белгіленеді: Е — сезгіш элемент (бірінші түрлендіруді
орындайтын қүрьшғылар); Т ’ — қашықтық беріпіс (сигналды
қашықтық берумен арапық түрлендіру); К - аспаптың құрамына
енетін басқару станциясы; У - түрлендіру, есептеуіш
функциялары
(сигналдар
мен
есептеуіш
құрылгыларды
түрлендіру).
Өлшенетін параметрді түсіндіру үшін төрт негізгі эріптік
белгілену қарастырылган: Ә — айырмасы, деңгей айырмасы; Ғ қатынас, бөлік, бөлшек; I —автоматтты қайта қссу, аралау; 0 уақыт бойынша интегралдау, қосу.
Коммутациялық
операцияларды
(қосу,
айыру,
т.б.)
орындайтын аспаптардың түйіспелік құрылғыларын & әрпімен
белгілейді.
Егер түйіспелік құрылғы коммутацнялықтармен сигналды
функцияларды орындаса, онда бұл жағдайда оны белгілеу үшін 5
жэне А әріптерін қолданады. Сондай-ақ реттеудің функциясын
белгілеу үшін 8 әрпін автоматтандырудың аспаптары мен
құралдарын белгілеуде енгізбейді.
Энерғия түрғысынан аппаратураны таңдау технологиялык
үрдістің спецификасымен, қүрылғының орт пен жарылысқа
қауіптілігі шарттарымен, қоршаган ортаның агрессивтілігімен,
жылдамдылық талаптарымен, ақпаратгы беру қашықтыгымен
анықталады.
Электрлік аспаптар кең қолданыс тапқан. Өрт пен жарылысқа
қауіптілік шарттары үшін пневматикалык жэне гидравликалық
қүралдар қолданылады. Осындай жүйелердің негізгі ерекшеліктері:
куаты бойынша күшейткіштің үлкен коэффициенті; жогары
жылдамдылық; кіші габаритгер мен I кВт шығыстық қуатқа металл
сыйымдылығы. Оларды қолданудың кемшіліктері —коректендірудің
арнайы көздерін (гидравликалық насостарды, компрессорларды)
қолдану қажеттілігі. Сонымен қатар, гидрожүйелер байланыс
желілерінің герметизациясын талап етеді жэне жұмыс ортасын
(суды немесе арнайы ыстық емес майды) сактау үщін арнайы
сыйымдылықтарды қажет етеді.
Аппаратураның дәлдік
класы жоғары болса, согүрлым
конструкция
күрделі
және
қымбат
болады.
Сондыктан
қондырғының нақты тапаптарымен анықталатын дәлдік класы бар
аппаратураны тандау керек.
Автоматтандырудың бір тигггі құралдарын қолдануға ұмтылу
керек, бұның қосымша бөліктерімен қамтамасыз ету мен қызмет
көрсету түргысынан ерекшелігі бар.
н
Автоматтандырудың
аспаптары
мен
құралдарының
тапсырыстық спецификацияларында өлшеуіш түрлендіргіщтердің,
аспаптардың, реттегіштердің, т.б. тізімдері бар. Спецификацияда
құрылғының атауы, оның типі мен аппараттардың саны көрсетіледі,
техникалық сипаттамасы келтіріледі. «Позиция» бағанында
автоматгандырудың схемасындагы асппатың позиция иөмірі
көрсетіледі. Б қосымшасында спецификацияны толтыру үлгісі
келтірілген.
Спецификация түсіндірмелік жазбаның соңыида қосымша
түріңде келтіріледі.
ТАҚЫРЫП 6.
АРЖ мате мат икал ык сяпатгау
Басқарушы нысан мен басқаратын құрылгы (ягни, толық
багытталган әсерлерді жүзеге асыруга арналган құрылгы)
автоматы басқару жүйесін құрады.
Типтік АРЖ құрылымдық схемасын қарастырамыз.
2-суретте реттеуші құрылгы орындаулық механизммен ОМ,
тапсырма жэне қосындылаушы құрылгыларымен автоматты
реттегішті 1 қалыптастырады. Ретгеуші орган РО, реттеу
нысаны РН және реттеуіш құрылгысы реттеудің жаппылама
нысанын 2 қалыптастырады.
2-сурет
Сондай-ақ, реттеудің автоматты жүйесі, тұйық контур (3сурет) бойынша өзара эсер ететін, реттегіш пен нысаннан тұрады.
3-сурет
Әрбір ретгеу нысаны үшін шыгыстық және кірістік шамалары
аралыгында белгілі бір тәуелділік бар. Бұл тәуелділікті нысанның
материалдық
және
энергетикалық
балансының
негізінде
аналитикалық немесе тэжірибелік берілғендері бойынша сәйкес
қисық салып, графикалық түрде көрсетуге болады. Шыгыстық және
кірістік шамалары арасындағы тәуелділік нысанның статикалық
және динамикалық қасиеттері арқылы анықталады.
Нысанның қасиетін аналитикалық түрде дифференциалдық
теңдеулермен сипаттайды. Бірінші жақындасуда эр түрлі реттеу
нысанының теңдеулерін мьгна түрде жазады
мұндағы Ь — қарастыратын нысанның қасиетін сипаттайды
(деңгейді реттеу кезіндегі бак қимасының ауданы; температураны
реттеудегі қыздыратын массаның жылу сыйымдылығы жэне т.б.);
(іф/Л —бақыланатын немесе реттелетін шаманың өзгеру
жылдамдығы;
Рп - Рр —нысанның тепе-теңдігін бұзатын, зат немесе энергияның
кірісі мен шығыны арасындағы келісімсіздік шамасы.
Құрылымды тадцау үшін энергияның жиналуы мен түрленуі
болмайтын элементтерде келесі заңдарды қолданады:
1. Кез келген тармақталуда өнім шыгынының қосындысы
нөлге тең
у -^ =о
шт
2.
Кез келген
қосындысы нөлге тең
контурдағы
деңгейлер
айырмасыньгң
т
Реттеу нысанының теңдеуі бар болса, шыгыстық сигнаді
функциясь
болады.
Нысанның
минималды
ақпаратында
математикалык
құрудың
құрылымы және кірістік пеы ""-листик
ғана қарастырылады. Тәжірн
сипаттамапары сыртқы түрі
өз ЙЙИДОіүзёту жопе
академик С.Беисөмйй.
атыилағь
и К ІТ А П Х Л
түзетусіз дел бөлінеді, сонымен қатар бұлар бір және көп
сыйымдылыкты нысандар үшін қарастырылады.
Бір сыйымдылыкты нысандар — бір типтік буындар, көп
сыйымдылықты нысандар - бірнеше типтік буындар, яғни бұлар
тізбектей, парааллелді жэне аралас схемасы бойынша жапганган.
Сипаттаманың барлық төрт типі 4-суретге көрсетілген.
Өзін-өзі түзетумен бір сыйымдылыкты буын (4-сурет, а) - бұл
инерционды буын сипатгамасы, сондықган нысанның күшейткіш
коэффициенті Кныжэне нысанның түрақты уақыты Тны сипатгаманың
негізгі параметрлері болып табьшады. Егер нысанның беріліс
коэффициенті эдеттегі тэжірибелік режимдердің аралығында
өзгерсе, онда статикалық сипаттамасы бойынша Кң,., үлкен мәнін алу
керек.
Көп
сыйымдылықты
нысанның
өзін-өзі
түзетумен
сипаттамасында (4-сурет, б) бүгілетін а нүктесі бар. оа бөлігінде
қисық иілген, ал Ы бөлігінде дөңесті. Бүгілетін нүктесі ас сызықты
кесіндісінің ортасында жатыр. Қисықіың бүгілетін нүкгесіне
жанама жүргізеді. Жанама уақыт осінде Тщ,, (нысанның кешігу
уақыты) деп белгіленген кесіндіні қияды.
Нысанның Т„ы тұрақты уақыты уақыт осіне жанаманың
проекциясы арқылы аныкталады. Сипаттама осындай салынуымен
екі тізбектей жапған буындардың (транспорттық кешігу мен
инерционды буынның) сипатгамасына келеді.
Өзін-өзі түзетусіз бір сыйымдылыкты сипаттамасы (4-сурет, в)
интегралдаушы
буынның
сипатгамасы
болып
табылады.
Сипаттаманың негізгі параметр! ены 1§а-ға тең.
Өзін-өзі түзетусіз көп сыйымдылыкты нысаны (4-сурет, г)
тізбектей жалғанған транспортгық кешігу мен интегралдаушы
буындардың сипаттамаларымен ауыстырылады. Сипаттаманың тнь,
жэне £„ы негізгі параметрлерін анықтауды жанаманы салу кезінде
көруге болады.
Өзін-өзі түзету көп сыйымдылыкты нысанның динамикалық
моделінің түрі
й)
О
м
«
_____
4-сурет. Бір жэне көп сыйымдылыцты нысанныц типтік
уақыттық сипаттамапары
Өзін-өзі
түзетусіз
көп
• •
динамикалық моделінщ түрі
сыйымдылықты
И'» (р) = * ш'*
нысанның
(2)
түрлі технологиялық параметрлердің
динамикалық сипаттамапары көрсетілген.
А
қосымш асында
әр
ТАҚЫРЫП 7.
і
Реттегіштерді таңдау
және есептеу
Технологиялық талаптары
мен
үйытқудың сипатына
байланысты эр түрлі өтпелі үрдістер ең жақсы болып табылады.
Әдетте реттеудің типтік үрдістерінің бірін (5-сурет) таңдауға
болады.
а
1
6
а —реттеудщ минималды уақытымен апериодты үрдісі;
6 —20 %-дық қайта ретгеуімен үрдісі; в - шіп I х2<1і-мен үрдісі.
5—сурет. РАЖ типтік өтпелі үрдістері
Апериодты үрдіс қайта реттеу мүмкін болмаған жагдайда
қолданылады, реттеудің минималды уақыты қажет, ал Хі
динмикалық ауытқуы үлкен болуы мүмкін.
20 %-дық қайта реттеуімен үрдісі қайта реттеу мүмкін
болганда, бірақ реттеуші шаманың динамикалық ауытқуына өте
жоғары талаптар қойылганда маңызды.
т іп Іх2ск үрдісі өте жоғары реттеулігімен (40—45 %) жэне
реттеу уақытымен, бірақ динамикалық ауьггқудың аз шамасымен
сипатталады.
Реттегішті таңдауды үшін білу керек:
1) БН параметрлерін — тарату қисығы бойынша анықталатын
^НЫэ ТНЬІ, Т НЬ| (БН міндетті түрде кешігуі бар қарапайым статикалық
немесе астатикалық нысандармен ауыстырылады);
2) Хід максималды мүмкін болатын динамикалық ауытку,
реттеуші шаманың бірлігі;
3) мүмкін болатын немесе қажетті қайта реттеулік (типтік
өтпелі үрдістердің бірін таңдау);
4)дгст д мүмкін болатын қалдық ауытқу,
ед.
регулир.
величины;
5) Ір реттеудің мүмкін болатын уақыты, с;
6) реттеу органы жүрісінің ұйытқуының Ау, % максимапды
мүмкін болатын мәні.
Параметрлердің мүмкін болатын мәндері технологиялық
үрдістермен анықталады.
Реттегіштің типін тНЬІ/ТНЬІ қатынасы бойынша таңдауға болады
5—кесте
Реттегіштің типі Релелік Үздіксіз Импульстік немесе үздіксіз
<0.2
<1,0
>1,0
^НъУТны
Үздіксіз әрекетгің шынайы
функциялары мен баптауға ие
реттегіштері
келесі
беріліс
П-реттегіші Щр ) =*,;
И-реттегіші И'(р)=кр/ р ;
ПИ-реттегіші \У(р) =к | і +
Т.Ру
ПИД-ретгегіші И'(р)-кр\ і +— +тлр
т. р
У
Бүл формулалардағы: кр — беріліс коэффициенті (реттеуші
органның жүрісінің %/реттеуші шаманың бірлігі); Ти— изодром
уақыты (с); Тд - тұрақты днфференциалдау (алдын-апу уақыты), (с).
Реттегіштің шыгыстық шамасы — орындаушы механизмнің
жүрісі эдетте БН кірістік шамасына —реттеуші органның жүрісіне
тең, сондықтан кр шамасы реттеуші орган жүрісінің %-мен
өлшенеді.
Үздіксіз әрекеттің реттегішінде дгід, ІрЛ,
д мүмкін болатын
мэндерін алу үшін келесі эдістемені қолданып басқару заңын таңдау
қажет. Реттеудің динамикалық коэффициентін есептейді
- статикалық нысандар үшін я, = <3,,/** А6\
- астатикалық нысандар үшін Қ = (<з,Д, )/тыьб .
6-кесте. Ретгеудің (астатикалық нысандардың) Кд динамикалық
коэффициенті жәнв Хңы/Тны катынас уақыты
6 —кесте
Рет­
/^типтік үрдіс реттеуі
ір / Тоб ТИПТІК үрдіс репгеуі
теу ші
Апериодты 20 %-дык
Апериодты 20 %-дык
( бас­
қайта
т іп
кайта
т
іп
кару
реттеуімен
/
реттеуімен 1х2сІі
заны )
X2СІІ
П
2,9
№ «■
1,4
6
8
пи
1,4
0,9
14
1,3
16
18
пид
1,3
0,8
9
12
1,1
13
6-суретте көрсетілген график пен 6-кесте бойынша, есептеудің
төменгі Яд мэнін қамтамасыз ететін (астатикалық нысандарда
И-реттегішін пайдаланбайды), қарапайым реттегішті (басқару
нысанын) таңдайды. Содан соң 7-суретте көрсетілген график
бойынша статикалық БН үшін жэне 6-кесте бойынша астатикалық
БН үшін таңдалған реттегіш мүмкін болатын Ір реттеу уақытын
қамтамасыз ететінін тексереді, егер қамтамасыз етпесе, онда одан
күрделі басқару заңын таңдайды. Егер П-реттегіші таңдалса, онда
статикалык қателік 8-сурет бойынша табылады жэне де егер ол
мүмкін болатын Хст д үлкен болса, онда П-реттегішінің орнына
ПИ-реттегішін таңдайды.
1,0 і«Ъб
6-сурет. Статикалық нысандарды реттеудің динамикапық коэффициент мына
үрдістердегі: а —апериодты; 6 —20 %-дык кайта реттеулігімен;
в - тіп1х2с11-мен; 1 - И-реттегіші; 2 - П-реттегіші;
3 —ПИ-регтегіші; 4 —ПИД-реттегіші.
Кейбір жагдайларда өтпелі үрдістің алдын ала қажетті түрін
анықтамауга болады, ал бұл кезде дг)д, ІрД, Хс, д мүмкін бол.іть н
мәндерін алуга болады. Онда график (6-сурет) бойынша ете
карапайым басқару заңын қолдану кезінде мүмкін болатын өтпелі
үрдісті таңдайды. Мысалы, егер хНЬІ/Тны = 0,6 кезінде К.д=0,8 болса,
онда 20 %-дық қайта реттеулігімен өтпелі үрдісті (6-сурст. б)
таңдайды; бүл үрдісті И-реттегішін қолдану кезінде алады. Қалган
есептеулер 20 %-дық қайта рстгеулігі бар үрдіс үшін жүргізіледі.
7-сурет. Статикалық нысандардағы реттеу уакыты
Сериялық реттегіштермен басқарудың автоматты жүйесін
есептеу, өтпелі үрдістің берілген немесе оптималды сапасын
қамтамасыз
ететін,
реттегіштің
баптауын
(теңдеу
коэффициентгерінің) анықтаумен аяқталады.
х* /тв6
8-сурет. а — апериодты; 6 -2 0 %-дык кайта ретгеуімен;
в — тіпі х2<11- үрдісгер кезіндегі статикалык нысанда
статикалык кателікті аныктау
Реттегішті таңцау жэне есепггеудің инженерлік эдістері кезінде
типтік өтпелі үрдістерді (5-сурет) қамтамасыз ету үшін баптауға
жақын мәндерін 7-кестеде келтірілген формулалар арқылы табуға
болады.
Реттегішті есептеудің инженерлік әдісінің кемшіліктері:
а) есептеу үшін БН (1) және (2) беріліс функцияларынан басқа
қалғандарын пайдалануға болмайды;
б) типтік өтпелі үрдістерден басқа үрдістерді алу мүмкін емес.
А
*
5
5
X
0X9
я •=и
о»
-о н
Л
'О
к,
0\ 'О
о к>о
'О
н
и
1-°Н
'С
о
* $
к
?
*>н•#\
'О
<'С
о
о
и
*
8
и
ЧО
Ф
тг5
н
X
X
7-кесте. Реттегішті баптаудын параметрлерін анықтау
о
о
ч>
о
и
н
45 ,
* II-
II
т
К. о
-с н
о
ев X
и
45
К"
О
ю
о
2
о.
о*
5
X
*Ш
Я и
&Ч
>
>
с . о*
> Е «г О
о
»
о
ч
с.
О)
I
I
С ев
н >Хн
ф 08
$
гИ
N
>ш т
«о
о
• Л
<о
ч>
о
«о
г-
« н сч
о
'О
о
V
Ь
О
«о Ив
I*
X
С— с
II
иг
^
V
II
*
н
-
О
«•
го
чо> X
н
«о
н
с>1
IIх
Н
тг
•§ о
'О
о
г- из
'О
о
о
V*
II
II
»
3И
и
*н
ю
о
СМ
за
н
о
с*
X
т#Ь
ІсиТ
О
3
о .5
со
>ч
Б
0ф0 5н
с
X
£ 3 н
Си * £
IIX
н
<о
о
О
г*
Е
СП
ф
Ё'
I
о
яф н£
С
со > ч
Ф
Н
т
Я а>
со
о
ф
I
X
Н
со
со
ф
9
X
&
ф
С
а>
£
40
'О
о
(О
'О
о
О
и
Ъ
м
и
V"»
II
XI
н
го
РО
Ф
■
X
X
ю
*
Н
N0
I и->
и«оз
ч
Ю Г"4 О
«о
т
о о
о
о
О
Ц.
Ц
.°
V
©
^°н
Ц»
4
5
«о
о
° н«8 II
*
тГ
и н
гч
IIх
Н
си
>*
и н
к
£
ош
^ о
Й1
о>
с
а
А
X
X
Я
4о5
ь-
«С
С
со
Ф
т
X
го
Ф
О
г*
<1>
со
ф
I
X
гф»
2
о
>*
г*
О
£
ТАҚЫРЫП 8.
АРЖ орнықтылығын зерттеу
Орнықтылықты анықтау үшін, реттегіш пен нысанның беріліс
функцияларын және құрылымдық схемаларды түрлендірудің
ережесін пайдаланып, АРЖ беріліс функдиясын анықтау қажет.
Орнықгылықты алгебралық немесе жиіліктік әдістермен талдауга
болады.
Кейбір жағдайларда авто реттеу жүйесі технологиялық
параметрлерді тұрақтандыруды жэне үйытқуды компенсациялауды
қамтамасыз етудің орнына оларды күшейте түсуі мүмкін, онда
өтпелі үрдіс орнықсыз болады. Берілген жүйе орнықты болатын
шарттар орнықтылық критерийі болып табылады.
Автоматты реттеудің тұйықталған жүйесі орнықтылықтың
шекарасында болады, егер тұйықталмаған жүйеде фаза
бойынша ығысу 180 және амплитудалар қатынасы бірге тең
болса. Фазаның (р(а>) = 180° ығысуында жэне шығыстық
тербелуінің А (ш)> 1 амплитудасында жүйе орнықсыз; А (<в) < 1 —
орнықты.
Шығыстық тербелулерінің амплитудасы реттегішті баптау
параметрлерін өзгерту жолымен үлкен аралықта өзгере алады,
яғни кр жэне Тр өзгерту. Технологиялық аппараттың жүктемесінің
өзгеруімен нысанның күшейткіш коэффициенті де өзгереді, жэне
де орнықты жүйе белгілі бір жүктемеде орнықтылықтың
аралығынан шығуы мүмкін. Сондыюган реттегішті баптау
мынадай есептеумен таңдалынады: барлық технологиялық
режимдерде жүйенің орнықтылық қорлары болғандай етіп. Ол
үшін реттегіш параметрінің таңдап алынған мәндері 20%
төмендетіледі.
Осы
шартгарды
амплитуда-фазалық
жиіліктік
сипаттамалардың
графигінен
қарастырамыз.
Тұйықталған
жүйенің орнықтылық шекарасына сэйкес келетін, тұйықталмаған
жүйенің жиіліктік сипаттамасының нүктесін салу үшін 180°
бұрышпен координата басынан вектор (9-сурет, а) саламыз, оның
абсолюттік шамасы (ұзындығы) 1 тең. Вектордың соңы теріс
9,6-суретте
үш
тұйыкггалмаған
жүйелердің
АФЖС
келтірілген. АФЖС 1 (—1; і0) координатасы бар нүктені
қамтымайды және орнықты жүйеге сәйкес келеді. АФЖС 2
26
критикалық нүкте арқылы өтеді —осындай жиіліктік сипаттамасы
бар жүйе түйықталудан соң орнықтылық шекарасында болады.
АФЖС 3 (-1; іо) координатасы бар нүктені қамтиды - мүндай жүйе
тұйықталудан соң орнықсыз болады.
Қарастырылған ереже Найквист—Михайловтың орнықтылық
критерийі
деп
аталады,
оның
формулировкасы:
егер
түйықталмаған жүйенің амплитуда-фазалық жиіліктік сипаттамасы
(—1; іо) координатасы бар нүктені қамтымаса, онда бүл жүйені
теріс кері байланыспен түйықтағаннан соң орнықты болады.
9-сурет. Тұйықталмаған жүйенің АФС
Найквист — Михайлов критерийі
АРЖ-ның нысанға
тұйықталуына дейін оның орныктылығы туралы талдауға
мүмкіндік береді және уақыттық сипаттамаларын алмай-ақ өзінөзі түзетусіз нысанның е,*, және г^, негізгі параметрлерін анықтау
үшін қолданылады.
Орнықтылық қоры —бүл жүйе параметрінің мэні немесе оның
сипаттамасы қаншаға, орнықтылық түргысынан қауіпті, шекарадан
қаншага қалатынының мөлшерлік багасы. Амплитудасы жэне
фазасы бойынша орнықтылық қоры бар.
Амплитудасы бойынша орнықтылық коры соср кесу жиілігінде
тұйықталмаган жүйенің АФС К(ш) модулінің қаншага өзгеруі қажет
екенін корсетеді, яғни түйыкталган жүйе орныктылык шекарасында
болгандай. Тұйықталмаған жүйенің кесу жиілігін К(са) =|\\^(ісо) |= 1
теңсіздігі орындапгандай етіп апады.
Осыдан, кесу жиілігіиде \\^<ю)
сипаттамасы координата
басындагы центрімен бірлік радиусты дөңгелекті қияды. Егер \№(]<о)
сипаттамасынын нақты теріс жартылай осімен киылысуына сэйкес
келетін жиілікті С0 | деп белгілесе, онда амплитудасы бойынша
орныктылық қоры қиылысу нүктесінен координаталары (-1^0)
болатын нүктеге дейінгі арапықпвн аныкталады.
\|/ фазасы бойынша орнықтылық коры кесу жиілігі кезінде
тұйықталмаган жүйеде фазаны қаншага арттыру керек екенін
көрсетеді, ягни оган сэикес келетін түиыкталган жүие орныктылык
шекарасында болгандай. Фазасы бойынша орныісгылык қоры
\Ү(ісоср) вектор мен накты теріс жартылай осінің арасындагы
бұрышпен аныкталады. Әдетте қажетті орныктылык қорын
анықтауда қауіпті нүктенің айналасынан АФС кірмейтін облыс
сызылады.
■
ТАҚЫ РЫ П 9.
Өтпелі үрдістердің сапа көрсеткіштері
АРЖ орнықтылығын қамтамасыздандыру қажетті, бірақ
автореттеу жүйесін баптаудың жеткіліксіз шарттар болып табылады.
Баптаудың тандалған параметрлеріне байланысты авторегтеудің
түйыкталган жүйелерінің өтпелі үрдістерінің түрі өзгереді. Ретгеу
сапасының негізгі көрсеткіштері болып табылады:
—
ір реттеу уақыты;
— о қайта реттеудің шамасы;
— үрдістіңтербелмелігі;
— 5 статикалык қателіктің болуы;
— орнықтылық қоры.
ір реттеу уақыты жүйенің тез әрекетплігін сипаттайды және
периодқа сәйкес келеді, оның өтуі бойынша басқарушы шама
реттегіштің сезгішсіздігінің аймагына кіреді.
о
қайта реттеу дегеніміз пайызбен өрнектелген, берілген
шамадан басқаратын шаманың максималды ауытқуы (ол 20-30%
қүрау керек)
< ~(Утах"Уо)/ Уо 100%
Қайга реттеу паңда болады, себебі жүйе жаңа орнатылган
күйге, А нүктесіне жанама ауытқу бұрышының тангенсімен
анықталатын, белгілі бір жылдамдықпен келеді. Жылдамдық
неғұрлым жоғары болса, қайта реттеу соғұрлым жогары болады
жэне оны төмендету үшін басқаратын шаманың өсу жылдамдығын
төмендету керек. Бірақ жылдамдықты төмендету реттеу уакытын
арттыруга әкеледі, бүл қажет емес.
Үрдістің тербелмелігі баскаратын шаманың реттеу уакытына
тербелу санымен сипатталады. Мөлшерлік түрде тербелмелік
өшудің логарифмдік декременті бойынша багаланады. Логарифмдік
декремент - бұл бір багыттагы баскаратын шама ауытқуының екі
кезек амплитудалары қатынасынын натурал логарифмі
<1=1п Ду|/ Ду2
Өшудің логарифмдік декременті негұрлым жогары болса, онда
өтпелі үрдістің өшуі соғұрлым тез болады.
Орнатылган қателік орнатылған режимдегі басқарудың
дэлдігін көрсетеді. Ол номинапды жүктеме кезіндегі басқаратын
шаманың берілген шамасы мен оның орнатылган шамасынын
арасындагы айырмасына тең.
Өтпелі үрдістің өшу дәрежесі бірінші және екінші максимумдар
А| жэне А2 арасындагы айырманың қатынасымен анықталады.
Реттегішті баптау параметрінің өзгеруімен өтпелі үрдістің
өшу дәрежесі 0-ден 1-ге дейін өзгеруі мүмкін. Ол 0 тең, егер жүйе
орнықтылық шекарасында болса, жэне 1 тең апериодты өтпелі
үрдістер үшін. Өтпелі үрдістер ретгеуші орган (негізгі канал
бойынша ұйытқу) жагынан ұйытқу кезінде жиі қарастырылады.
Бірақ тапсырма бойынша ұйытқу кезінде сапа көрсеткіштері
аналогиялық түрде анықтапады.
АРЖ үшін, ЭЕМ-де кез келген қолданбалы багдарламаны
пайдаланып, басқаратын эсер бойынша өтпелі үрдістің
сипаттамасын
апу
қажет
жэне
сипаттаманың
барлық
параметрлерін багалау.
ТАҚЫРЫП 10.
Принципиалды электрлік схемасы
Принципиалды
электрлік
схемалары
автоматтандыру
жобаларында аппараттар мен құрылғылардың өздік электрлік
байланысының кескіні үшін қызмет етеді, олардың эрекеті
автоматты бақылаудың, реттеудің, сигнал берудің, қоректендірудің
жэне электр жетектермен басқарудың есегггерін шешуді қамтамасыз
етеді.
Курстық жобада.
Принципиалды электрлік схемасының сызбасында көрсетеді:
1) негізгі күштік тізбектердің схемапарын;
2) басқарудың элементтік схемалары;
3) аппараттардың түйіспелері.
Әрбір электрлік элементке (катушкаға, түйіспге жэне т.б.)
позиционды белгілеулер беріледі. Бұл шартты белгілеулер әріптік
код пен цифрлық қосымшадан тұрады. Мысалы, ПА1 —дыбыстық
сигнал беру аспабы, КА2 - тктық реле, РА 1—амперметр.
Түсіндірмелік жазбада, автоматтандырудың жобаланатын
жүйесіне қатысты, аталған схемалардың бірін көрсету керек және
бүл схеманың эрекет принципін сипаттау. В қосымшасында
технологиялық сигнал берудің жэне температураны автоматты
реттеудің схемаларын салудың үлгісі берілген.
ӘДЕБИЕТ
1
Автоматизация типовых технологических процессов и
установок : Учебник для вузов / А. М. Корытин, Н. К. Петров, С. Н.
Радимов, Н. К. Шапарев. - М .: Энергоатомиздат, 1988. - 432с.
2
Основы теории и элементы систем автоматического
регулирования : Учебник для вузов/ В. Ю. Каганов, Г. М. Глинков,
М.Д. Климовский, А. К. Климушкин./ - М.: Металлургия, 1987. 27°с.
3
Информационные
технологии
систем
управления
технологическими процессами. : Учебник для вузов / М. М.
Благовещенская, Л. А. Злобин —М.: Высшая школа, 2005.- 768 с.
4
Мирошник
И.
В.,
Теория
автоматического
управленияЛинейные системы. - СПб.: питер, 2005. - 336 с.
5
Шапарев Н. К. Автоматизация типовых технологических
процессов металлообработки. Расчет и проектирование. КиевО десса: Высшая школа, 1984,- 312с.
6
Проектирование систем контроля и автоматического
регулирования металлургических процессов. : Учебник для вузов/
Под ред. Г. М. Глинкова. - Металлургия, 1986. 352с.
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
ВВЕДЕНИЕ
Целью практических занятий — углубление и закрепление
знаний
студентов
по
курсу
"Автоматизация
типовых
технологических процессов", обучение их современным методам и
процедурам инженерного расчета, проектирования и исследования
систем автоматизации ТП.
На
практических
занятиях
студенты
работают
по
индивидуальным заданиям и получают консультации по
возникающим вопросам. Задания сформулированы так, чтобы при
их выполнении у студентов прививались навыки практического
применения типовых процедур, методов и этапов инженерного
расчета и проектирования систем автоматизации ТП.
На практических занятиях студентам также выдаются задания
и рассматриваются основные разделы курсовой работы по
"Автоматизации типовых технологических комплексов".
Рекомендуется
выполнение
работы
в
следующей
последовательности:
I
.Описание технологического процесса и технологического
оборудования.
2.Характеристика производственных процессов как объектов
автоматизации.
3. Обоснование выбранного уровня автоматизации.
4.
Разработка задания на автоматизацию.
5.
Анализ
технологической
схемы.
Формирование
требований к системе управления. Составление функциональной
схемы автоматизации.
6.
Математическое описание объекта регулирования.
Составление структурной схемы САР.
7.
Выбор и расчет регуляторов.
8.
Исследование устойчивости САР и выбор параметров из
условия устойчивости.
9.
Исследование
переходных
процессов.
Анализ
полученных результатов.
10. Принципиальная электрическая схема (автоматического
контроля, регулирования, сигнализации, управления ТП).
Т Е М А 1.
О писание реш аемой задачи
оз иа комиться с ра3ра6атывать сис™ у управления необходимо
У поаЗи^ п
технологическими особенностями объекта
У равления. В учебном проекте можно ограничиться изучением
° Л Г "°
и Ф инальной литературе отраслей
промышленного
производства,
соответствующ их^ 3 ™ ю
^ о м е н д у е т с , воспользоваться литературой по автоматизации
п Р0изв°Дственный процесс представляет собой совокупность
имосвязанных технологическими потоками и действующих как
одно целое машин и аппаратов, в которых осуществляется
определенная последовательность технологических операций.
При изучении необходимо обратить внимание на требования к
устройству управления и объекту автоматизации, условиям его
работы.
В результате изучения технологического процесса необходимо
определить:
1. Технологическое назначение промышленной установки в
общем потоке производства предприятия и характеристику его
продукции:
- показатели, характеризующие качество, их номинальные
значения и допустимые отклонения;
- влияние отклонений на качество;
- возможность автоматического регулирования показателей
качества.
2. Характеристики агрегатов участка:
- состав оборудования;
- химические и физические процессы, протекающие в
агрегатах;
- параметры, характеризующие работу агрегатов и допустимые
изменения этих величин;
агрегат
аварийные режимы работы агрегатов, их последствия и
методы устранения.
ТЕМА 2.
Характеристика производственных процессов
как объектов автоматизации
Любой
технологический
процесс
характеризуется
физическими величинами, называемыми показателями процесса.
Для одних процессов показатели могут быть постоянными, для
других допускается их изменение в заданных пределах по
определенному закону. Физические показатели объекта, которые
преднамеренно изменяются или сохраняются неизменными в
процессе управления, называются управляемыми величинами
(регулируемыми координатами).
Воздействия, которые
определяют состояние объекта,
называют
выходными.
Выходными
переменными
служат
физические параметры материальных и энергетических потоков
(температура,
давление,
их
производные
по
времени),
конструкционные
параметры,
технологические
параметры,
влияющие на скорость ТП, выход и качество готовых продуктов.
Часть выходных переменных мы можем наблюдать с помощью
наблюдающих устройств (идентификаторов) - они называются
наблюдаемыми. По этим переменным и ведется управление.
Величины, характеризующие внешнее влияние на систему,
или ее части называют входными переменными. К ним относятся
управляющие и возмущающие воздействия.
Управляющими
воздействиями являются управляемые изменения расходов,
параметры материальных и энергетических потоков (регулирование
подачи сырья, тепловых процессов, частоты вращения приводов).
Воздействия внешней среды называют возмущающими
воздействиями, они делятся на нагрузку и помеху.
Нагрузка — это возмущающее воздействие на изменение
условий работы, поступающее в систему помимо управляющего
устройства и влияющее на переменные состояния объекта. Помеха
“ это возмущающее воздействие, искажающее поступающую в
управляющее устройство информацию о нагрузке, состоянии и
динамических
свойствах
объекта
(изменение
состава,
энергетического • состояния
исходных
материалов,
отказы
оборудования, наводки в проводах, шум, и т.д.).
Рисунок 1
Помехи могут быть основные и второстепенные. К основным
относят такие, которые оказывают наибольшее влияние на
управляемые
(регулируемые)
величины.
Если
влияние
возмущающих
воздействий
на
управляемые
величины
незначительно, то их считают второстепенными. Автоматическая
система обычно испытывает влияние и основных и второстепенных
возмущающих воздействий.
Возмущения
могут
быть
контролируемыми
и
неконтролируемыми.
Среди
них
встречаются
как
детерминированные, так и стохастические. Детерминированные
возмущения характеризуются заранее известными функциями
времени, а стохастические — случайными функциями, значения
которых в каждый данный момент времени представляют собой
случайные величины.
В курсовом проекте необходимо определить входные и
выходные воздействия заданного объекта управления и дать им
оценку.
ТЕМА 3.
Обоснование выбранного уровня
автоматизации
Во внешней структуре АСУ ТП могут быть выделены системы
различных уровней или подсистемы АСУ ТП, выделяемые по
функциональному или структурному признаку, отвечающему
конкретным целям и задачам. Если функции системы ограничены
одним механизмом, то она называется локальной. Примером тому
может служить система безотходного пореза металла, управляющая
подвижным упором ножниц обжимного прокатного стана. Эта
локальная АСУ ТП обеспечивает при раскрое минимум отхода
металла с учетом срочности выполнения заказов. Она располагает
информацией о длинах раската, стандартных длинах слябов,
объемах и сроках выполнения заказов и вырабатывает задание на
перемещение упора для АСУ ЭП.
Если механизмы, управляемые локальными системами, тесно
связаны между собой технологическим процессом, то для их
взаимной координации создается узловая АСУ ТП. Объединение
локальных АСУ ТП в узловые может быть осуществлено по
территориальному или функциональному признаку. В этом случае
устанавливается общая ситуационная связь расположенных на
одном агрегате рабочих органов или механизмов. Узловыми АСУ
ТП являются, например, системы управления печами, клетями и
механизмами склада продукции обжимного прокатного стана.
Построение узла из локальных АСУ ТП, объединенных по
функциональному признаку, исходит из единой для всех объектов
заданной производительности.
Следующий уровень систем управления — комплексные АСУ
ТП — обусловлен необходимостью взаимной связи узловых АСУ
ТП в целях управления технологическими линиями и комплексами.
Это,
например,
автоматизированные
станочные
линии,
роботизированные комплексы станков, комплекс агрегатов и
механизмов обжимного прокатного стана, тонколистового стана
горячей прокатки, роторный землеройный комплекс.
Организованные в единую систему комплексные АСУ ТП,
дополненные информационными узлами и автоматизированными
системами переработки информации отделов и служб предприятия,
автоматизированную систему управления
АСУ П.
промышленности
построения внешней структуры получил
иерархического
систему
АСУ ОП. Такой принцип
Таблица 1
овень
СА отдельных
технологических агрегатов
эффективности
культуры
качества
Повышение качества труда
Повышение эффективности использования
'дования
про из водитель ности
выполнении
операции
к операторов
Снижение брака
Повышение качества и количества
продукции
----------
Автоматизированные
системы
логико-программного
управления без
оптимизации
Автоматизированные
системы оптимального
авления_____
Автоматизированные
системы комплексного
управления
-------------------------------- —
продукции
Снижение потерь рабочего времени на
участках и технологических линиях
качества
управления
Иерархия АСУ ТП определяет порядок подчинения
взаимосвязанных подсистем общей системы, которая в пределах
отрасли промышленности основывается
стратегии, реализуемой по оптимальным законам с учетом
возможностей конкретных промышленных предприятий, цехов,
технологических
комплексов
механизмов.
Сущность
состоит в том, что каждый
задание-уставку, обязательную для
уровня.
Исходя из требований, предъявляемых к проектируемой
системе автоматизации, необходимо определить ее уровень и
источники экономической эффективности системы в целом.
ТЕМА 4.
Разработка задания на автоматизацию
На основании анализа технологического процесса определяют
характеристики материальных и энергетических потоков:
- номинальные значения расходов и диапазон изменений при
различных режимах работы;
- номинальные и предельные значения физических параметров
потоков;
- характер влияния этих потоков на качество продукции.
По этим данным составляется задание на автоматизацию в
виде таблицы. Пример заполнения приведен в таблице 2.
Таблица 2.
№ Наименование
техиологическ
ого
агрегата
1
Вращающаяся
1
печь
Наз­
начен
не
Наиме­
нование
парамет
Вели­
Степень
Точность
чина
автоматизац поддержан
парамет
ИИ
ИЯ
ра
параметра
обжиг гемператур 1540°С
Автоматич.
±20°С
а
регулир.
ТЕМА 5.
Составление функциональных схем автоматизации
Для всех измерительных преобразователей (датчиков), а также
приборов устанавливаемых по месту, принято единое графическое
обозначение в виде окружности или овала в зависимости от объема
вписываемых буквенных обозначений. То же обозначение, но
разделенное горизонтальной чертой на две равные половины
соответствует приборам, устанавливаемым на щите или пульте.
Основное буквенное обозначение вписывают в верхнее поле
условного графического обозначения прибора (окружности, овала).
В поле под чертой указывают позиционное обозначение данного
прибора в конкретной схеме измерения, регулирования,
сигнализации управления. Принята следующая очередность
записи информации в буквенном условном обозначении.
1. Сначала записывают обозначение основной измеряемой
величины и ее уточнение, если это требуется.
2. Затем указывают функциональные признаки прибора,
которые, если их несколько у прибора, также записывают в строго
определенной последовательности: показание I; регистрация К;
регулирование, управление С; включение, отключение, пе­
реключение 8; сигнализация А.
Щиты и пульты систем автоматизации технологических
процессов изображают на схемах в виде прямоугольников,
размеры которых определяются местом, необходимым для
изображения в них условных графических обозначений приборов и
средств автоматизации, устанавливаемых на них.
В отличие от обозначения приборов, все без исключения
исполнительные механизмы обозначают квадратиком или кружком
с отрезком линии связи. Небольшой размер обозначения
объясняется тем, что в него не требуется вписывать буквенное
обозначение. Дополнительный ручной привод исполнительного
механизма изображают в виде Т-образного символа на боковой
стороне квадратика либо буквой Н, вписанной в окружность.
Собственно регулирующий орган изображают аналогично
трубопроводной арматуре. Основные значения первой буквы
приведены в таблице 3
Таблица 3
Обоз Основное значение
первой буквы,
обозначающее
измеряемую величину
Б
Плотность
Е
Любая электрическая
величина
С
Размер, положение,
перемещение
Ғ
Расход
Н
Ручное воздействие
0
Величина,
характеризующая
качество: состав,
концентрацию
Һ
Уровень
М
Влажность
Обозн
,
Р
К
|
5
Т
V
Основное значение
первой буквы,
обозначающее изме­
ряемую величину
Давление, вакуум
Время, временная
программа
Радиоактивность
Скорость, частота
Температура
Несколько
разнородных
измеряемых
величин
Вязкость
Масса
В таблице отсутствуют буквы А, В, С, I, ҺІ, О, Ү, 2. Эти
буквы являются резервными и могут быть использованы в
необходимых
случаях,
для
ввода
информации,
не
предусмотренной ГОСТ. Буква X не рекомендуется к
применению.
Для обозначения функций, выполняемых прибором, служат
семь букв, приведенные в таблице 4.
Обозн
А
#
I
К
-
Отображе­ Обозн. Ф ормирование
выходного
ние инфор­
сигнала
мации
Регулирование,
Сигнализация С
управление
Показание
3
Включение,
отключение,
переключение
Обозн. Дополнительное
значение
Н
Ь
Верхний предел
измеря-емой
величины
Нижний предел
измеря-емой
величины
Регистрация
Функция, выполняемая прибором, может быть обозначена
также буквами Е, С, V , являющимися резервными.
Дополнительно функциональные признаки приборов и
средств автоматизации обозначают четырьмя основными
буквами:
Е
— чувствительный
элемент
(устройства,
выполняющие первичное преобразование); Т — дистанционная
передача (промежуточное преобразование с дистанционной
передачей сигнала); К —станция управления, входящая в состав
прибора; У — преобразование, вычислительные функции
(преобразование сигналов и вычислительных устройств).
Для уточнения измеряемого параметра предусмотрено
четыре дополнительных буквенных обозначения: О — разность,
перепад; Ғ — соотношение, доля, дробь; I — автоматическое
переключение, обегание; <3 — интегрирование, суммирование по
времени.
Контактное
устройство
прибора,
выполняющее
коммутационные операции (включение, отключение, блокировку
и т. п.), обозначают буквой 8.
Если контактное устройство наряду с коммутационными
выполняет и сигнальные функции, то в этом случае для его
обозначения используют буквы 3 и А В то же время для
обозначения функции регулирования букву 5 в обозначение
прибора или средства автоматизации не вводят.
ТЕМА 6.
Математическое описание САР
Управляемый объект и управляющее устройство (т.с.
устройство для реализации целенаправленных воздействий)
образуют систему автоматического управления.
Рассмотрим структурную схему типовой САР (рисунок 2).
Г
1
2
Рисунок 2
На рисунке 2 регул эующее устройство РУ с исполнительным
механизмом ИМ, задаю дим ЗУ и суммирующими устройствами
образуют автоматический регулятор !. Регулирующий орган РО,
собственно объект регулирования ОР и измерительное устройство
ИУ образуют обобщенный объект регулирования 2. Таким образом,
автоматическая система регулирования состоит из регулятора и
объекта, взаимодействующих между собой по замкнутому контуру.
Г
X
2
р
о
---------
■■
—
—
—
— #
*
Рисунок 3
Для каждого объекта регулирования существует определенная
зависимость между выходными и входными величинами. Эту
зависимость можно выразить аналитически на основании
материального и энергетического балансов объекта или графически,
45
построив по экспериментальным данным соответствующие кривые.
Характер зависимости между выходными и входными величинами
определяется статическими и динамическими
свойствамі
объекта.
I
Аналитически
свойства
объекта
описывают
дифференциальным уравнением. В первом приближен
различных объектов регулирования записывают в виде
I
£ —
сЬ
= (? „
"
~£>
где Һ
характеризует свойства рассматриваемого объекта
(площадь сечения бака при регулировании уровня; теплоемкость
обогреваемой массы при регулировании температуры и т. д.); <1ф/<11
—скорость изменения контролируемой или регулируемой величины;
С1п —С>р — величина рассогласования между притоком и расходом
вещества или энергии, нарушающая равновесие объекта.
анализа структур, в элементах которых не происходит
накопление и преобразование энергии используются следующие
законы:
1. Сумма расходов продукта в любом разветвлении равна
нулю
1 ^ =0
ы <*
2.
коітуре равна нулю
т
ы
Имея уравнения объекта регулирования можно получить его
передаточную функцию, как отношение .ыходного сигнала к
входному.
При минимальной информации об
объекте используют
экспериментальные методы построения ^тематических моделей.
При этом рассматривается только структура объекта и входные и
выходные переменные. Получаемые экспериментально временные
характеристики объектов по внешнему ] иду делятся на
характеристики с самовыравниванием и без самовыравнивания,
причем и те и другие рассматриваются для одно- и многоемкостных
объектов.
Одноемкостные объекты представляют собой одно типовое
звено, многоемкостные — несколько типовых звеньев, включенных
по последовательной, параллельной или смешанной схеме. Все
четыре типа характеристик приведены на рисунке 4.
Одноемкостное звено с самовыравниванием (рисунок 4, а)
представляет собой характеристику инерционного звена, поэтому
основными параметрами характеристики являются коэффициент
усиления объекта к^ и постоянная времени объекта Т,^. Если
коэффициент передачи объекта изменяется в пределах обычных
эксплуатационных режимов, то следует брать наибольшее значение
Коб по статической характеристике.
Характеристика с самовыравниванием многоемкостного
объекта (рисунок 4, б) имеет точку перегиба а. На участке о а кривая
вогнута, а на участке ссі выпуклая. Точка перегиба лежит в центре
линейного отрезка ас. К точке перегиба кривой проводят
касательную. Касательная на оси времени отсекает отрезок,
который обозначается т „б (время запаздывания объекта).
Постоянную времени объекта Т об, определяют как проекцию
касательной на ось времени. Таким построением характеристика
приводится к характеристике двух последовательно соединенных
звеньев — транспортного запаздывания и инерционного звена.
Характеристика
одноемкостного
объекта
без
самовыравнивания (рисунок 4, в) является характеристикой
интегрирующего звена. Единственный параметр характеристики еоб
равен а.
Многоемкостный объект без самовыравнивания (рисунок 4, г)
аппроксимируется характеристикой последовательно включенных
звеньев транспортного запаздывания и интегрирующего звена.
Определение основных параметров характеристики т об и е0б видно
из построения касательной.
^
Рисунок 4—Типовые временные характеристики одноемкостных
и многоемкостных объектов
Динамическая
модель
самовыравниванием имеет вид
Динамическая
модель
самовыравнивания имеет вид
многоемкостного
многоемкостного
^об(Р) = ^
объекта
объекта
без
ТабР
В приложении А приведены динамические характеристики
различных технологических параметров.
ТЕМА 7.
Выбор и расчет регуляторов
В зависимости от технологических требований и характера
возмущений наилучшими могут быть признаны различные
переходные процессы. Обычно можно выбрать один из типовых
процессов регулирования (см. рисунок 5).
а - апериодический с минимальным временем регулирования;
б - с 20 %-ным перерегулированием; в —с т іп / х2&
Рисунок 5 - Типовые переходные процессы в АСР
Апериодический процесс применяют в тех случаях, когда
перерегулирование не допускается, требуется минимальное время
регулирования, а динамическое отклонение Хі
может
быть
довольно большим.
Процесс с 20 %-ным перерегулированием целесообразен,
когда допускают перерегулирование, но предъявляют более
жесткие требования
к
динамическому
отклонению
регулируемой величины.
Процесс
с
ШІП \х2д1 характеризуется
наибольшим
перерегулированием (40—45 %) и временем регулирования, но
наименьшей величиной динамического отклонения.
Для выбора регулятора необходимо знать:
1) параметры ОУ —
Т0б,
(ОУ обязательно аппроксимиуется простейшим статическим или астатическим объектом с
запаздыванием), определяемые по кривой разгона;
2) максимальное допустимое динамическое отклонение Х|Д, ед.
регулир. величины;
3) допустимое или желаемое перерегулирование (выбрать
один из типовых переходных процессов);
4) допустимое остаточное отклонение х „ & ед. регулир.
величины;
*
,,,
5) допустимое время регулирования 1р с;
6) максимально возможные значения возмущения Ау, %
хода регулир. органа.
Допустимые
значения
параметров
определяются
технологическим процессом.
Тип регулятора можно ориентировочно выбрать по величине
отношения Тоб/Тоб
Таблица 5
Тип регулятора
Релейный
Непрерывный
т„ы/Т об
<0.2
<1,0
Импульсный или
непрерывный
>1,0
Идеальные регуляторы непрерывного действия
следующие передаточные функции и настройки
имеют
П-регулятор IV(р) - кр
ш
И-регулятор IV(р) = кр/ р
1
^
ПИ-регулятор Ж(р) = а 1 +—
А т-р )
ПИД-регулятор Щр) = к \ і+ Л - + т іР
V т.р
В этих формулах: кр —коэффициент передачи (% хода регулир.
органа/ед. регулир. величины); Ти— время изодрома (с); Тд —
. постоянная дифференцирования (время предварения), (с).
Выходная величина регулятора — ход исполнительного
механизма равна обычно входной величине ОУ — ходу
регулирующего органа, поэтому величина кр измеряется в % хода
регулир. органа.
Для получения допустимых значений х1д, 1рд, Хст д при
регуляторах непрерывного действия необходимо выбрать закон
управления используя следующую методику. Рассчитывают
динамический коэффициент регулирования
* - для статических объектов яд = х]д /к^йу
-д л я астатических объектов на =(х1дтой)/тобАу
Таблица 6 - Динамический коэффициент Кд и относительное
время Хоб^Тоб регулирования (астатические объекты)
Кд п р и ТИ П О Е юм
1р / То б п р и ТИПОЕЮМ
процессе регули роеан и я
"О
N
апериод
ическом
е
ФШШ
Е
с 20 % ным
перерегули
рованием
О
п
пи
пид
2,9
1,4
1,3
1,4
1,3
1,1
8
6
14
9
0,9
0,8
16
12
с тіп / х 2СІІ
Регулятс
(закоіі
управлен
О-
В!
5
процессе
р е г у л и ( ювания
с 2 0 %-ным
перерегулир
апериодическом
ованием
—
18
13
По графикам, приведенным на рисунке 6, и по таблице 6
выбирают
простейший
регулятор
(закон
управления),
обеспечивающий значение Кд ниже расчетного (И-регуляторы на
астатических объектах не применяют). Затем проверяют по
графикам, приведенным на рисунке 7, для статических ОУ и по
табл. 6 для астатических ОУ, обеспечит ли выбранный регулятор
допустимое время регулирования 1р; если не обеспечивает, то
выбирают более сложный закон управления. Статическую ошибку,
если выбран П-регулятор, находят по рисунку 8 и если она больше
допустимой Хст д, то вместо П-регулятора выбирают ПИ-регулятор.
01 05
ю
и щ у
хо
у у
а$
уо
а —апериодическом; б —с 20 %-ным перерегулированием; в - с тіц[х2<іі;
1 - И-регулятор; 2 - П-регулятор; 3 - ПИ-регулятор; 4 - ПИД-регулятор
Рисунок 6 - Динамические коэффициенты регулирования на статических
объектах при процессах
В некоторых случаях можно не определять заранее
желательный вид переходного процесса, а задаваться только
допустимыми значениями х \л, Ірд, х^ д. Тогда по графикам (см.
рисунок 6) выбирают такой переходный процесс, который
возможен при применении наиболее простого закона управления.
Например, если при т0б/Тоб = 0,6 величина К.д=0,8 то выбирают
переходный процесс с 20 %-ным перерегулированием (см. рисунок
6, б); этот процесс получается при использовании И-регулятора.
Остальные расчеты проводятся для процесса с 20 %-ным
перерегулированием.
Рисунок 7 —Время регулирования на статических объектах
Расчет автоматических систем управления с серийными
регуляторами заключается в определении настроек регуляторов
(коэффициентов уравнений), обеспечивающих заданное или
оптимальное качество переходного процесса
V)
цз
ф
ф ф ф ф ф ф ц? ф ф &
а —апериодическом; б —с20% -ным перерегулированием; в —с тіп \ х2сіі
Рисунок 8 —Определение статической ошибки
на статическом объекте при процессах
При инженерных методах выбора и расчета регулятора
приближенные значения настроек для обеспечения типовых
переходных процессов (см. рисунок 5) можно получить по
формулам, приведенным в таблице 7.
Недостатками инженерного метода расчета регуляторов
является следующее:
а) нельзя использовать для расчета иные передаточные
функции ОУ кроме (1) и (2);
б) невозможно получить иные переходные процессы кроме
типовых.
КС
о
*
ж о5
<5
К.
'о
о
о
X
А
Оч
403
«
в
о
о
иV©
2 О*
5 о
Ьс
X 0>
Таблица 7 - Определение параметров настроек регулятора
т
X
^
р
—«о и•*
. ° н
.°Н
^ II
'О
о
5с
н
\\
2
и ев
X
к
«3
ъ
и
т
в п
О
О
5
І
ю
о
хо О
н
с.?
«О
ТГ
л
II
'О
о
(О
о
1
го
43
\с
II
Нея
£
1 ю
з:
н
н
Я
уо
о 2
Я Ма>
о
с. X
с а
•8
и
со .
»о
V©
го
£ о
о
II
ш
О О
К.
к°
о
>о
X
■
о
Н
гч
О
е*
*
Ф С
«о
-о II
'О
о о
О
о
, чО
о
о
Ц>
Һ? ^
V
*
Е
—
■
X
*о©
к»
45
о О
^
~ .
гс . 2.ТІ
и
з
*
>о
* Иъ
и
о
*
»х
о
с С.
Ц>
I
I
ьгчI
о
е*
I
I
с
5
ас
СОч°
о
О
п
и
О
т
С*.
V
4
«
'О
5
и
о4)
3*
X
П
О
с*>♦
*о
N°
О
Ю
О
К° •§ VОЧ)
^ н
ЧО
'С
О О
'О
о
ев
я
и
§5 «2
са ю
о
.
ц.° н
К> • *
о ю
V
О
*
И
■Ғ»
С
4
\о .
^о
Ь
Ъ
ь»
Ь^
ь»° 'О О
Л
о>
-
«с
с
о
♦
5
ю
о
Ь»
СЧ
*о©о
(4
»о
чО*
>о
ТГ
О
о
«С
'О
о
Ц*
о
!|
^ <ч
I!
в
2и
Л) х
т л
о схо
хт
и л
о о*
3т
о
о
и
2о
5
X
ств
х
X
тсе
О-
■
и
э
т
о
м
о
и
2
о
X
X
со
т
X
X
т
СО
си
С
з:
н
ю
о
н
•С
■
2
т
О
£
со
о
со
<и
ю
I
К
_.
г- С
в
С.
Н ^
£
О) Н
с.
«о
о
(О
'О
о
»-
ь*
о
н
С
Оч
X
X
л
т
X
X
ш
яз
сц
ьЛ
ос
о XX
С е
й
2
®
еоа X
X
СП о
о
<и с
О,
>А
О
оXс
о X<Й
2
А
се
X
о X
со №
й> <8
ю СХ
ТЕМА 8.
Исследование устойчивости САР
Для определения устойчивости необходимо определить
передаточную функцию САР, используя передаточные функции
объекта и регулятора и правила преобразования структурных схем.
Проанализировать устойчивость можно алгебраическим или
частотным методом.
При некоторых условиях система авторегулирования вместо
обеспечения стабилизации технологических параметров и
компенсации возмущений может начать их усиливать, тогда
переходный процесс становится расходящимся, неустойчивым.
Критерием устойчивости являются условия, при которых данная
система может быть устойчивой.
Замкнутая система автоматического регулирования будет
находиться на границе устойчивости, если в разомкнутой
системе сдвиг по фазе составляет 180° и отношение амплитуд
равно единице. При сдвиге фаз ф(со) = 180° и амплитуде
выходных колебаний А (<о)> 1 система неустойчива; А (со) < 1 —
устойчива.
Амплитуда выходных колебаний может меняться в широких
пределах путем изменения параметров настройки регулятора, т. е.
изменения Кр и
С изменением нагрузки технологического
аппарата коэффициент усиления объекта будет существенно
меняться, и устойчивая система при некоторых нагрузках может
выйти за пределы устойчивости. Поэтому настройки регулятора
выбирают с таким расчетом, чтобы был гарантирован запас
устойчивости системы на всех технологических режимах. Для
этого выбранные значения параметров регулятора занижают на
20 %.
Рассмотрим эти условия на графиках амплитудно-фазовых
частотных характеристик. Для построения точки частотной
характеристики разомкнутой системы, соответствующей границе
устойчивости замкнутой системы, построим вектор из начала
координат под углом 180° (рисунок 9, а), абсолютная величина
(длина) которого равна I . Конец вектора лежит на отрицательной
вещественной полуоси, его координаты: —1;
На рисунке 9, б приведены АФЧХ трех разомкнутых систем.
АФЧХ I не охватывает точку с координатами (-1; ід) и
соответствует устойчивой системе. АФЧХ 2 проходит через
критическую точку — система, имеющая такую частотную
характеристику, после замыкания окажется на границе
устойчивости. АФЧХ 3 охватывает точку с координатами —1;
такая система после замыкания будет неустойчивой.
Рисунок 9 - АФХ разомкнутой системы
Рассмотренное правило называется критерием устойчивости
Найквиста
— Михайлова,
который
имеет
следующую
формулировку: если амплитудно-фазовая частотная характеристика
разомкнутой системы не охватывает точки с координатами —1; іо, то
после замыкания этой системы отрицательной обратной связью она
будет устойчива.
Критерий Найквиста — Михайлова позволяет судить об
устойчивости САР еще до ее замыкания на объект (по
экспериментальным частотным характеристикам) и используется
для
определения
основных
параметров
объектов
без
самовыравнивания
и
не прибегая к снятию временных
характеристик.
Запас устойчивости — это количественная оценка того,
насколько значения параметров системы или ее характеристики
отстоят от границы, опасной с точки зрения устойчивости.
Различают запас устойчивости по амплитуде и по фазе.
Запас устойчивости по амплитуде показывает насколько
необходимо изменить модуль К(со) АФХ разомкнутой системы при
частоте среза а>ср, чтобы замкнутая система оказалась на границе
устойчивости. За частоту среза разомкнутой системы принимают
такую, при которой выполняется равенство: К(со) =|^()со) |= 1 .
Отсюда следует, что при частоте среза характеристика У/(|со)
пересекает окружность единичного радиуса с центром в начале
координат. Если здесь частоту, соответствующую пересечению
характеристики \\^(]со) с вещественной отрицательной полуосью,
обозначить за <В] то запас устойчивости по амплитуде будет
определяться расстоянием от точки этого пересечения до точки с
координатами (-^ 0 ).
Запас устойчивости по фазе \|/ показывает насколько
необходимо увеличить фазу в разомкнутой системе при частоте
среза, чтобы соответствующая ей замкнутая система оказалась на
границе устойчивости. Запас устойчивости по фазе определяется
углом между вектором Ш(]0)ср) и вещественной отрицательной
полуосью. Обычно при определении необходимого запаса
устойчивости вокруг опасной точки вычерчивается область, куда не
должна заходить АФХ.
ТЕМА 9.
Показатели качества переходных процессов
Обеспечение устойчивости САР является необходимым, но
недостаточным условием настройки системы авторегулирования. В
зависимости от выбранных параметров настройки вид переходных
процессов замкнутых систем авторегулирования существенно
меняется. Основными показателями качества регулирования
являются
время регулирования 1р;
величина перерегулирования а;
колебательность процесса;
наличие статической ошибки 8;
запас устойчивости.
Время регулирования 1р характеризует быстродействие
системы и соответствует периоду, по истечении которого
управляемая величина входит в зону нечувствительности
регулятора.
Перерегулированием а назьгвается максимальное отклонение
управляемой величины от заданного значения, выраженное в
процентах (оно должно составлять 20-30%).
О =(Утах-Уо)/ Уо 100%
Перерегулирование появляется потому, что система к новому
установившемуся состоянию подходит с определенной скоростью,
определяемой тангенсом угла наклона касательной в точке А. Чем
больше скорость, тем больше будет перерегулирование, и для его
снижения необходимо снижать скорость нарастания управляемой
величины. Но снижение скорости приведет к увеличению времени
регулирования, что нежелательно.
Колебательность процесса характеризуется числом колебаний
управляемой величины за время регулирования. Количественно
колебательность оценивается по логарифмическому декременту
затухания, который представляет собой натуральный логарифм
отношения двух последующих амплитуд отклонении управляемой
величины одного направления
а=1п Ау|/ Дуг
Чем больше логарифмический декремент затухания, тем
быстрее происходит затухание переходного процесса.
Установившаяся ошибка показывает точность управления в
установившемся режиме. Она равна разности между заданным
значением управляемой величины и ее установившимся значением
при номинальной нагрузке.
Степень затухания переходного процесса определяют как
отношение разницы между первым и вторым максимумами Аі и А2 .
С изменением параметров настройки регулятора степень
затухания переходного процесса может меняться от 0 до 1. Она равна
О, когда система находится на границе устойчивости, и равна 1 для
апериодических переходных процессов. Чаще всего переходные
процессы рассматривают при возмущениях со стороны
регулирующего органа — возмущения по основному каналу. Но при
возмущениях по заданию, которые практически иногда легче
осуществить, показатели качества определяют аналогично.
Для САР необходимо получить характеристику переходного
процесса по управляющему воздействию, используя любую
прикладную программу на ЭВМ, и оценить все параметры
характеристики.
ТЕМА 10.
Принципиальная электрическая схема
Принципиальные
электрические
схемы
в
проектах
автоматизации служат для изображения взаимной электрической
.связи аппаратов и устройств, действие которых обеспечивают
решение
задач
автоматического
контроля,
регулирования,
сигнализации, питания и управления электроприводами.
В курсовом проекте.
На чертеже принципиальной электрической схемы изображают:
а) схемы главных силовых цепей;
б) элементные схемы управления;
в) контакты аппаратов.
Каждому электрическому элементу (катушке, контакту и др.)
присваивают позиционное обозначение. Это условное обозначение
состоит буквенного кода и цифровой приставки. Например, НА1 прибор звуковой сигнализации, КА2 — реле токовое, РА 1—
амперметр.
В пояснительной записке необходимо представить одну из
перечисленных схем, относящуюся к проектируемой системе
автоматизации и описать принцип действия этой схемы. В
приложении В дан пример построения схемы технологической
сигнализации и автоматического регулирования температуры.
ЛИТЕРАТУРА:
1
Автоматизация типовых технологических процессов и
установок: Учебник для вузов / А. М. Корытин, Н. К. Петров, С. Н.
Радимов, Н. К. Шапарев. - М .: Энергоатомиздат, 1988. - 432с.
2
Основы теории и элементы систем автоматического
регулирования: Учебник для вузов/ В. Ю. Каганов, Г. М. Глинков,
М.Д. Климовский, А. К. Климушкин./ - М.: Металлургия, 1987. 270с.
3
Информационные
технологии
систем
управления
технологическими процессами. : Учебник для вузов / М. М.
Благовещенская, Л. А. Злобин —М.: Высшая школа, 2005.- 768 с.
4
Мирошник
И.
В.,
Теория
автоматического
управления.Линейные системы. - СПб.: питер, 2005. - 336 с.
5
Шапарев Н. К. Автоматизация типовых технологических
процессов металлообработки. Расчет и проектирование. КиевОдесса: Высшая школа, 1984,- 312с.
6
Проектирование систем контроля и автоматического
регулирования металлургических процессов. : Учебник для вузов/
Под ред. Г. М. Глинкова. - Металлургия, 1986. 352с.
ҚОСЫМШАЛАР
ПРИЛОЖЕНИЯ
А.І-кесте. Агломерационды өндірістің динамикалыксипаттамалары
Таблица А. 1. Динамические характеристики агломерационного производсті
Выходная величина
Активная длина 1а,м
(термопары в
металлических чехлах
последних камерах
разрежения)
Кривая разгона
Входная
величина
Высота слоя
һ,мм
200КО 100 ООО0001200ЬС
Температура в общем
кбллекторе(температур
а в металлическом
чехле), °С
Скорость
движения
аглоленты, оь
мм/с
Разрежение в первой
камере разряжения, Па
Влажность
шихты ф, %
О ЮО200 ЯО 400 900 Т.С
О
Температура зоны
спекания
(радиационный
пирометр), °С
-
Температура горна
(термопара в
металлическом чехле),
°С
Содержание
углерода в
шихте
(возмущение в
шихтовом
отделении) С, %
Положение
заслонки в
газопроводе, %
хода
исполнитель ног
о механизма
(ИМ)_________
ЮО 200X0 400 ЛЯ7СС
*
«
О
200 400 600 ОООЮООХ.С
О
Ю 20 ЛО 40 Я 63 %С
Выходная величина Входная величина
Расход газа в свечу,
Давление газа в
м3/с
газопроводе
доменного цеха, Па
давление газа на
колошнике, Па
Положение
регулирующей
заслонки
дроссельной
группы, % хода ИМ
Расход дутья, Од
через фурму
(малоинерционный
датчик расхода), м3/с
Положение
регулирующей
заслонки фурмы,
хода ИМ
Температура
горячего дутья
(термопара в
металлическом
чехле), °С
Положение
заслонки
смесительного
клапана, % хода ИМ
Температура купола
воздухо нагревателя
(термопара в
металлическом
чехле), °С
Положение жалюзи
на нагнетательном
патрубке
вентилятора, % хода
ИМ
Выходная величина Входная величина
Положение
Температура свода
регулирующего
органа на
газопроводе, % хода
Положение
Давление в рабочем
дымового шибера, %
пространстве
хода
(колокольный
дифманометр), Па
Тепловая
нагрузка
Давление в рабочем
МВт
пространстве 250-Т
печи уПа
Коэффициент
расхода воздуха
Содержание
кислорода в
продуктах сгорания в
вертикальном канале.
%: 1 - прогрев, 2 - ;
плавление, 3 доводка.___________
Положение
Расход газа или
регулирующего
воздуха, м7с
органа, % хода
Кривая разгона
Выходная величина
Температура
поверхности металла
в конце
методической
зоны
Ш
(радиационный
пирометр),
То же
Температура в
томильной зоне
(термопара в
фарфоровом чехле),
Температура в
томильной зоне
(радиационный
пирометр,
визированный на
стакан), °С_____
Термопара в
сварочной зоне
(термопара в
фарфоровом и
карборундовом
чехлах), °С
Входная величина
Расход смешанного
газа (теплота
сгорания 8400
Производительность
печи С>п, кг/с
Расход топлива, %
хода ИМ
Кривая разгона
Позиция
Каименовоние
Овозноиение
Ко
Функциональная схема
изделия
пч:4-і;
І5-5
І1—
Н___ 1
I15-М 4-Я1
І4 - 4
1
|£-г,г-ь. I
14-55-9 I
|г-з. г-7|
13-1
1
13-1
1
|г-10.4-9.|
І5-1Э 1
|г-11,4-ю|
15-14 1
-1
ЛН-40
иетран-45
Диск-250
диафрагма
САп-ФИР-ггн-дд-г410
Диск-850-1121
пггпгі-оі
ТХК-1087
ву-гі
ПБР
МЭО-250/63
ТКЕІ-5В-02
I
д а т а и к -р е л е
нолоро
тель
I д ав л е н и я
1 показы вавш ие прибор
1 расходомер
преобразователь
иэмео.
1 разности довлени*
п о к азы в аю щ и е*
пиром ет Риме с к и
прибор
р
»
преобразователе
те р м о э л е к тр и и е ск и и
преобразователь
блок
1
1
1
« правл ен ия
|
исполнительны й
контроллер
мехомиэг^
1
Приме
иоиие
■
В-1-сурет. Технологиялық сигнал берудің схемасы
Рисунок В.1 - Схема технологической сигнализации
В-2-сурет. Температураны реттеу схемасы
Рисунок В.2 Схема регулирования температуры
МАЗМҮНЫ
К іріспе
Такьфып 1. Орындалатын тапсырманың сипаттамасы ..
Такырып 2. Автоматтандырудың объектісі сияқгы өндірістік
*
6
7
үрдістердің сипаттамасы
Такырып 3. Автоматтандырудың таңдалған дең гей ін түсін дір у
Такырып 4. Автоматтандыруға тапсырманы ө ң д еу
Такырып 5. Автоматтандырудың функционалдьпс схем асы н
9
11
і2
кұру
Такырып 6. АРЖ математикалык сипатгау
Такырып 7. Реттегіштерді таңдау жэне есептеу
Такырьт 8. АРЖ ориыкгылығын зергтеу
Такырып 9. Өтпелі үрдістердің сапа көрсеткіштері
Такырып 10. Принципиалды электрлік схемасы
Әдебиет
Қосымшалар
16
20
26
29
31
32
63
СОДЕРЖАНИЕ
!
Ш
Ведение
Тема 1. Описание решаемой задачи
Тема 2. Характеристика производственных процессов как
объектов автоматизации
Тема 3. Обоснование выбранного уровня автоматизации....
Тема 4. Разработка задания на автоматизацию
Тема 5. Составление функциональных схем автоматизации
Тема 6. Математическое описание САР
Тема 7. Выбор и расчет регуляторов
Тема 8. Исследование устойчивости САР
Тема 9. Показатели качества переходных процессов
Тема 10. Принципиальная электрическая схема
Литература
Приложения
35
36
37
39
41
42
45
49
55
58
60
б1
63
ТИПТТК ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ
ПРОЦЕСТІ ЖЭНЕ ӨНДІРІСТІ
АВТОМАТТАНДЫРУ
АВТОМАТИЗАЦИЯ
ТИПОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ
5В0702 «Автоматтандыру жэне басқару»
мамандыгының студенттеріне тәжірибелік
сабақтарына арналган әдістемелік нұсқау
Пішімі 60x100 1/16
Тыгыздығы 80 грУм2. Кағаздың актығы 95%.
Қагазы офсетгік. РИЗО басылымы.
Көлемі 124 бет. Шартты баспа табағы 30.5
ЭВЕРО
«Эверо» баспасында басылымга
дайындапды жэне басып шығарылды
ҚР, Алматы, Байтұрсынұлы к., 22.
тел.: 8 (727) 233 83 89, 233 83 43,
233 80 45э 233 80 42
е-таіі: еуего08@ таі 1.ги
ЭВЕР _
«Эверо» баспасында басылымға
дайындалды жэне басып шыгарылды
ҚР, Алматы, Байтұрсынулы к., 22.
тел.: 8 (727) 233 83 89, 233 83 43,
|
233 80 45, 233 80 42
19
е-таіі: еүего08@таіІ.ги
1
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
3 323 Кб
Теги
4266, tehnologiyalikh, jalmagambetova, avtomattandiru, ndiristi, avtomatizaciya, processors, tehnologicheskaya, tipovih, jane, tiptik, andreev, procesti
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа