Учебное пособие Кохтла-Ярве 20 10 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г icon

Учебное пособие Кохтла-Ярве 20 10 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г


Смотрите также:
Учебное пособие Кохтла-Ярве 2007 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г...
Краткий конспект лекций Подготовил Сергей Чекрыжов Кохтла-Ярве 2008 Учебное пособие написано по...
Учебное пособие Иваново 2001 удк 658. 01 (075)...
Учебное пособие тверь 2008 удк 519. 876 (075. 8 + 338 (075. 8) Ббк 3817я731-1 + 450. 2я731-1...
Учебное пособие удк 159. 9(075) Печатается ббк 88. 2я73 по решению Ученого Совета...
Учебное пособие Нижний Новгород 2003 удк 502 (075. 8) Ббк 65. 9(2)28...
Учебное пособие Казань кгту 200 7 удк 31 (075) 502/ 504 ббк 60. 55...
Учебное пособие Чебоксары 2007 удк 32. 001 (075. 8) Ббк ф0р30...
Учебное пособие Чебоксары 2007 удк 32. 001 (075. 8) Ббк ф0р30...
Учебное пособие Чебоксары 2007 удк 32. 001 (075. 8) Ббк ф0р30...
Учебное пособие: лабораторный практикум Издательство Томского политехнического университета 2010...
Учебное пособие Издание 2-е, переработанное и дополненное москва юристъ 2 0 0 0 удк 341...



Загрузка...
страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9
скачать


Industry Automation


Sergey Chekryzhov


Automation of typical processes

of chemical manufactures


Kohtla-Järve

2010


Промышленная автоматизация


Чекрыжов С.Г.


Автоматизации типовых процессов

химических производств


Учебное пособие


Кохтла-Ярве

2010

УДК 66-52:66(075)


Чекрыжов С.Г. Автоматизации типовых процессов

химических производств. Учебное пособие. Кохтла-Ярве., 2010


Учебное пособие разработано для студентов специальностей «Технология топлив», «Автоматические системы» в виде методических материалов, используемых при чтении лекций по дисциплине «Промышленная автоматизация »


Учебное пособие включает в себя описание химико-технологических процессов и систем (ХТП-ХТС) как технологических объектов управления (ТОУ); методику анализа ХТП-ХТС как ТОУ; физико-химические основы технологических процессов, технологические схемы, математические описания основных процессов, типовые проектные решения автоматизации гидромеханических , тепловых, массообменных и реакторных процессов.

.


^

© Sergei Chekryzhov. 2010

© Virumaa kolledž TTÜ, 2010



Введение



Автоматизация производственных процессов сланцепереработки и сланцехимии является одним из основных направлений технического прогресса производства, темпы развития которой в Эстонии за последние годы резко возросли.

В целом автоматизация позволяет увеличить производительность технологического оборудования и производительность труда, улучшить качество продукции, повысить безопасность труда, обеспечить решение экологических проблем, внедрить новые высокоинтенсивные процессы, а также повысить устойчивость работы предприятий. Автоматизация качественно изменяет характер труда рабочих, неизмеримо облегчая его, делая более содержательным.

Автоматизация, являясь качественно новой формой в совершенствовании производства, активно вторгается в смежные области и требует перестройки технологии, аппаратуры и организации производства. В этом случае технологи, конструкторы, специалисты по организации работают в тесном контакте со специалистами по автоматизации.

Выделяют несколько этапов автоматизации.

Автоматизация контроля производства, характеризуется созданием и применением приборов, выполняющих функции наблюдения за ходом технологического процесса.

Автоматизация управления отдельными агрегатами, то есть частичная автоматизация производства. Системы частичной автоматизации, обеспечивающие автоматическое управление технологическим процессом по некоторым из его параметров.

Системы комплексной автоматизации, полностью обеспечивающие автоматическое управление технологическим процессом всего производственного цикла в режиме нормальной эксплуатации и частично при пуске-останове и в аварийном режиме.

Системы полной автоматизации, обеспечивающие автоматическое управление технологическим процессом в любом возможном режиме его работы.

Выбор той или иной системы управления зависит от многих причин, главные из которых — технический уровень производства, степень его механизации, изученность технологического процесса, наличие необходимых технических средств автоматизации и, прежде всего, средств получения информации о технологических параметрах, экономическая эффективность предлагаемой системы управления.

В данном учебном пособии предметом изучения является автоматизация основных процессов и аппаратов сланцехимических производств

Процессы сланцепереработки и сланцехимии, имея свои специфические особенности, относятся к химико-технологическим процессам, которые являются общими как для химических так и нефтехимических производств.

Раздел 1 Общие подходы к автоматизации химико-технологических процессов


Тема 1. Химико-технологические системы как объекты автоматизации

1.1 Требования к ХТС.

  • ХТС должна быть структурированной, то есть в ХТС можно выделить отдельные взаимосвязанные процессы и аппараты, которые можно рассматривать независимо от других подсистем.

  • ХТС должна быть управляемой, то есть у ХТС, разделенной на отдельные подсистемы, должна быть возможность воздействия на технологический процесс в каждой из них изменением материальных и энергетических потоков.

  • Возможность доступа обслуживающего персонала к местам установки датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих органов.

  • Число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму.




Типовая технологическая схема производства состоит из стадий подготовки сырья, химического синтеза, выделения и очистки целевых продуктов.


1.2 Классификация химико-технологических систем


  1. По объему продукции и структуре ассортимента:




  • Крупнотоннажные ХТС - ориентированны на продукцию постоянной, фиксированной номенклатуры с большими объемами выпуска.




  • Малотоннажные ХТС - ориентированные на выпуск продукции разнообразной и быстро меняющейся номенклатуры, с небольшими объемами выпуска. Такие перенастраивающиеся системы, называют гибкими.




  1. ^ По характеру временного режима функционирования:




  • ХТС периодического действия - ХТС, в которых аппараты (ТО) работают в циклическом режиме, а технологические процессы (ТП) представляют собой последовательность технологических и организационных операций, имеющих конечную продолжительность. Термину «периодический процесс», принятому в химической технологии соответствует общесистемный термин « дискретный процесс».




  • ХТС непрерывного действия - ХТС, в которых аппараты работают непрерывно, на вход аппарата непрерывно подаются исходные реагенты, на выходе аппарата непрерывно отводятся выходные продукты, а технологический процесс ведется в установившемся режиме.




  • ХТС полунепрерывного действия - ХТС, в которых аппараты функционируют непрерывно только в пределах интервала времени, необходимого для переработки конечной порции сырья или промежуточного продукта. В этих пределах в аппараты непрерывно подаются исходные реагенты, а с выходов - непрерывно отводятся продукты. Технологические процессы ведутся в установившемся режиме. Между интервалами времени работы аппараты находятся в режиме ожидания.




  1. ^ По степени важности ХТС в производстве.

  • Основные ХТС - ХТС для реализации основных технологических процессов производства. К основным ТОУ относят процессы и оборудование для реализации стадий подготовки сырья, химического синтеза, разделения и очистки целевых продуктов.




  • Вспомогательные ХТС - к таким ХТС относят процессы и оборудование для временного хранения исходных реагентов, промежуточных и конечных продуктов, осуществления транспортных операций.


^ По информационной емкости ХТС:

Степень сложности ХТС характеризуется информационной сложностью объекта, то есть числом технологических параметров, участвующих в управлении.


^ Таблица 1

Классификация ТОУ по информационной емкости.


Информационная

емкость объекта

Число параметров

контроля и управления

Пример ХТС

Минимальная

10 - 40

Насосная станция

Малая

41 - 160

Массообменная колонна

Средняя

161 - 650

Установка термической переработки сланца

Повышенная

651 - 2500

Производство аммиака, карбамида




  1. ^ По характеру параметров управления.

  • ХТС с сосредоточенными параметрами - ХТС, в которых регулируемые параметры (в данный момент времени, в разных точках аппарата), имеют одно значение соответствующего параметра.

  • ХТС с распределенными параметрами - ХТС, в которых значения параметров неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени. Большинство процессов химической технологии являются объектами с распределенными параметрами.

  • Пример: температура и концентрация по высоте ректификационной колонны.




  1. По типу технологического процесса.

  • Гидромеханические процессы - процессы, осуществляющие перенос количества движения.

  • Тепловые процессы - процессы переноса энергии в форме теплоты (теплопроводностью, конвекцией, излучением).

  • Массообменные процессы - процессы перемещения вещества в пространстве за счет разности концентраций (парциальных давлений).

  • Механические процессы - процессы переработки твердых материалов под действием механических сил (их измельчение и разделение по фракциям).

  • Химические процессы - процессы, характеризующие образование новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению, веществ при сохранении общего числа атомов и изотопного состава.

Различают следующие типы технологической структуры: последовательная, параллельная, последовательно - параллельная, параллельно-последовательная, комбинированная, содержащая байпасы и рециклы


^ 1.3 Построение информационной схемы ХТС.




  1. Построение информационной схемы ХТС.

Информационная схема ХТС - это схема, показывающая входные и выходные переменные ХТС и их связи.

Построение информационной схемы возможно на основе математического описания (при разработке новых технологий) или на основе информации по эксплуатации объекта (при модернизации технологического процесса).

  1. ^ Анализ информационной схемы.

Выполняется анализ информационной схемы на предмет классификации входных и выходных воздействий на следующие группы:

  • Возможные возмущающие воздействия.

  • Возможные управляющие воздействия.

  • Наиболее целесообразные управляемые переменные.

Осуществляется выбор возможных каналов управления.

  1. Математическое описание динамики ХТС.

  • Составляется математическое описание динамики объекта по возможным каналам управления и выбираются критерии эффективности.

  • Выполняется исследование динамики возможных каналов управления.

  • Выполняется выбор наиболее целесообразных каналов управления.

  • Составляется структурная схема системы управления.

  1. Выбор параметров контроля, сигнализации и защиты.


^ 1.4 Формы представления ХТС

Понятие «структура ХТС» означает систему связей между основными аппаратами технологического процесса по материальным или энергетическим потокам.

Различают: функциональные, технологические, структурные и операторные схемы ХТС.

Функциональная - показывает технологические связи между основными подсистемами, каждая из которых выполняет какую либо техническую операцию.

Технологическая - показывает типы и способы соединения элементов, последовательность технологических операций. Для этого в схеме каждый элемент (аппарат или агрегат) имеет общепринятое изображение и связи между ними в виде стрелок.

Структурная - включает элементы в виде блоков имеющих входы и выходы. Она показывает, технологические связи между блоками, направление движения, материальных и энергетических потоков системы и может применяться как исходное при составлении математических моделей ХТС.

Операторная - включает элементы, в которых происходит качественное или количественное преобразование параметров входных материальных и энергетических потоков в физические параметры выходных материальных и энергетических потоков, являющихся результатом протекающих в каждом элементе химических процессов.

Основными являются операторы: 1) химического превращения; 2) массообменного процесса; 3) смешения потоков; 4) разделения потоков; 5) нагрева или охлаждения; 6) сжатия или расширения; 7) изменение агрегатного состояния и т.п.

Целесообразность применения тех или иных схем связана с решением конкретных задач, возникающих на различных этапах исследования технологии, разработки проектной документации, проведения строительных и других работ, для обеспечения выпуска готового продукта.


^ 1.5 Описание факторов ХТС

Внешние связи ХТС можно представить следующей схемой.



Рис. 1.1. Схема внешних связей системы

Прямоугольник на рисунке символизирует выделенную систе­му.

 Входы на рис. 1.1 разделены на три группы: H, X, Z.

h1, h2, ...,hm—факторы, контролируемые, но нерегулируемые. К нерегулируемым входам относят прежде всего конструктивные факторы , которые трудно регулировать (диаметр работаю­щего аппарата) ; качественные показатели сырья –(трудно регулировать состав сырья) и т. д.

Х — вектор контролируемых и регулируемых вхо­дов. Это те воздействия, которые мы измеряем и целенаправленно изменяем, чтобы привести систему в нужное состояние. Поэтому их называют управляющими воздействиями, или коротко управлениями.

Z—вектор неконтролируемых факторов. Это те воздействия на систему, которые находятся вне контроля .

Возможны три основных причины того, что тот или иной фак­тор оказывается неконтролируемым.

Во-первых, объект может быть плохо изучен, вследствие чего неизвестно, как данный фак­тор влияет на поведение объекта.

Вторая причина-неумение его контролировать. Есть параметры процесса, которые невозможно контролировать по техническим или экономическим причинам.

Третья причина- это неконтролируемое множество входных воздействий, поскольку таких воздействий так много (практически бесконечно много), что все их контро­лировать невозможно. При этом каждый из этих факторов влияет очень слабо, но их совокупное влияние может оказывается весьма ощу­тимым. Важно отметить, что это влияние носит случайный характер: не контролируя входы Z, невозможно предсказать» как они повлияют в той или иной момент. В эксперименте их влия­ние появляется в случайных ошибках опытов; на про­изводстве—в случайных возмущениях режима. В це­лом влияние неконтролируемых воздействий часто обозначают тер­мином шум. Учет шума необходим в большинстве технологиче­ских задач .

Обозначения y1,...,yk относятся к воздействиям си­стемы на окружающий мир, это—результаты функционирования системы; будем называть их выходами системы, или откликами (имеется в виду отклик системы на воздействие факторов). К их числу относятся количество про­изведенного продукта, его качественные показатели, себестоимость, прибыль предприятия, количество выбрасываемых в окружающую среду вредных примесей и множество других пока­зателей .

^ 1.6 Факторы, влияющие на технологический процесс (диаграмма Исикава)


Причинами разброса параметров качества готовых изделий или изделий на любой стадии технологического процесса являются:

  1. колебания свойств исходных материалов и комплектующих изделий

  2. колебания параметров оборудования и оснастки

  3. влияние факторов связанных с деятельностью людей

  4. особенности применяемых технологических методов изготовления и контроля

При учете всех факторов система может стать сложной, т.е. практически неуправляемой

Выявление факторов наиболее влияющих на качество ТП производится путем построения диаграммы Парето и ее модификаций

Продукт технологического процесса - результат технологической операции или ТП соответствующий заданным требованиям


^ Тема 2. Технические средства автоматизации технологических процессов


Реальная система автоматического регулирования содержит контур управления, в который включается устройства для получения информации о состоянии процесса: датчики и преобразователи сигнала датчиков, регулятор, исполнительное устройство, объект регулирования.

Устройства контроля включающие в себя: средства мониторинга, защиты, блокировки, сигнализации, отображения информации. Устройства соединяются каналами связи по которым передаются сигналы.

К аналоговым сигналам относят отображение информации с помощью носителя, обладающего собственными параметрами.

Аналоговые сигналы, информационные параметры которых в определенных пределах могут иметь любые значения.

Дискретными сигналами называются информационные сигналы параметры которых могут иметь ограниченные значения. Сигнал может быть закодирован при этом он отображается в виде последовательности знаков, например двоичных или буквенно цифровых

Параметры измеряемые и регулируемые в системах автоматизации ТП

  1. Теплоэнергетические: температура, давление, уровень, расход

  2. Электроэнергетические: ток, напряжение, мощность, частота

  3. Механические - линейные, угловые, скорость, деформация, твердость ..

  4. Химический состав- концентрация, химические свойства, например pH раствора,
    компонентный состав

  5. Физические свойства- влажность, плотность, вязкость, прозрачность, насыщенность света, яркость и т.д.


^ 2.1 Назначение технических средств автоматизации


  • Датчики – чувствительные элементы воспринимают контролируемый параметр и преобразуют его в величину удобную для передачи по каналам связи или преобразования

  • Преобразователи переводят выходной сигнал датчиков в выходную физическую величину унифицированную или удобную для использования в конкретной системе

  • Регуляторы формируют сигнал рассогласования между регулируемой величиной и ее заданным значением и производят динамическое преобразование сигнала по законам регулирования

  • Исполнительные устройства изменяют регулирующее воздействие на объекте в соответствии с сигналом подаваемом от регулятора

  • Мониторинг – от ( англ. Monitoring надзирающий, проверяющий) обеспечивает контроль технологического процесса и исключение отказов.

В подсистему мониторинга входят

а) Блокировки, которые обеспечивают либо последовательное включение рабочих органов системы, либо безопасность обслуживающего персонала

б) Автоматическая защита обеспечивает контроль процесса, формирование сигнала в критических ситуациях и использование этих сигналов для предотвращения аварии

в) Автоматическая сигнализация извещает персонал о различных режимах работы оборудования

г) Система отображения обеспечивает регистрацию и сбор информации о состоянии объекта, документирование и оперативное общение оператора с системой, в процессе решения задач по управлению ТП


2.2. Датчики

 

Автоматизация различных технологических процессов, эффективное управление различными агрегатами, машинами, механизмами требуют многочисленных измерений разнообразных физических величин.

^ Датчики (в литературе часто называемые также измерительными преобразователями), или по-другому, сенсоры являются элементами многих систем автоматики - с их помощью получают информацию о параметрах контролируемой системы или устройства.

Датчик – это элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину (температуру, давление, частоту, силу света, электрическое напряжение, ток и т.д.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, хранения, обработки, регистрации, а иногда и для воздействия им на управляемые процессы. Или проще.

Датчик – это устройство, преобразующее входное воздействие любой физической величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования.


^ 2.2.1 Классификация датчиков


Используемые датчики весьма разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам:

 

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

 

В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в химической промышленности: температура – 50%, расход (массовый и объемный) – 15%, давление – 10%, уровень – 5%, количество (масса, объем) – 5%, время – 4%, электрические и магнитные величины – менее 4%.

 

^ По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические: датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения), датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

 

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

- электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью;

- электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

- они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

 

^ По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические (датчики-модуляторы). Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

 

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.

 

^ По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р.

 

^ Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

- цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоич­ное слово;

- бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.


 ^ 2.2.2 Основные принципы функционирования современных датчиков

Эффект или явление

Преобразование

Сущность

Пироэлектрический эффект

Температура – электричество

Возникновение электрозарядов на гранях кристаллов при повышении температуры

Термоэлектрический эффект

Тепловая энергия – электроны

Испускание электронов при нагревании металла в вакууме

Электротермический эффект Пельтье

Электричество – тепловая энергия

Поглощение (генерация) тепловой энергии при электротоке в цепи с биметаллическими соединениями

Электротермический эффект Томсона

Температура и электричество – тепловая энергия

Поглощение (генерация) тепловой энергии при разных температурах участков в однородной цепи

Теплопроводность

Тепловая энергия – изменение физических свойств

Переход тепла внутри объекта в область с более низкой температурой

Тепловое излучение

Тепловая энергия – инфракрасные лучи

Оптическое излучение при повышении температуры объекта

Эффект Зеебека

Температура – электричество

Возникновение ЭДС в цепи с биметаллическими соединениями при разной температуре слоев

Фотогальванический эффект

Свет – электричество

Возникновение ЭДС в облучаемом светом p-n переходе

Эффект фотопроводимости

Свет – электросопротивление

Изменение электросопротивления полупроводника при его облучении светом

Эффект Зеемана

Свет, магнетизм – спектр

Расщепление спектральных линий при прохождении света в магнитном поле

Эффект Рамана (комбинационное рассеяние света)

Свет – свет

Возникновение в веществе светового излучения, отличного по спектру от исходного монохроматического

Эффект Поккельса

Свет и электричество – свет

Расщепление светового луча на обыкновенный и необыкновенный при прохождении через пьезокристалл с приложенным к нему электронапряжением

Эффект Керра

Свет и электричество – свет

Расщепление светового луча на обыкновенный и необыкновенный в изотопном веществе с приложенным к нему электронапряжением

Эффект Фарадея

Свет и магнетизм – свет

Поворот плоскости поляризации светового луча при прохождении через парамагнитное вещество

Эффект Холла

Магнетизм и электричество – электричество

Возникновение разности потенциалов на гранях твердого тела при пропускании через него электротока и приложении магнитного поля

Эффект Доплера

Звук, свет – частота

Изменение частоты при взаимном перемещении объектов

Магнитосопротивление

Магнетизм и электричество – электросопротивление

Увеличение электрического сопротивления твердого тела в магнитном поле

Магнитострикция

Магнетизм – деформация

Деформация ферромагнитного тела в магнитном поле

Пьезоэлектрический эффект

Давление – электричество

Возникновение разности потенциалов на гранях сегнетоэлектрика, находящегося под давлением



^ 2.2.3.Характеристики датчиков


При проектировании необходимо учитывать следующие характеристики датчиков

  • Чувствительность - отношение изменения сигнала на выходе к изменениям измеряемого параметра на входе (коэффициент передачи)

S = (Xn - Xn-1)/ (Xi - Xi-1) где

(Xn - Xn-1) изменение параметра на выходе датчика; (Xi - Xi-1) изменение входной величины

  • Погрешность измерения: абсолютная а, относительная о, средне - арифметическая и др.

а = Xn - X , о = Xn/X ; где Xn - показания датчика, X - истинное значение

  • Степень однозначности зависимости выходной величины от входной - гистерезис

    • = м - б где м и б средние значения погрешности полученные экспериментально при изменении измеряемого параметра со стороны меньших и больших значений до точки измерения

  • Статическая погрешность Xc = Xn - X при X = const

  • Погрешность датчика в динамическом режиме Xд = Xn - X при X = vario

  • Динамическая погрешность  = Xд - Xc

  • Функциональная зависимость выходного сигнала от значений входного параметра Xn = f(X), например
    Xn = a + Bx, (линейный, квадратичный, логарифмический ...)

  • Стабильность датчика во времени - относительная погрешность датчика по времени

ρ= (Xnt1 - Xnt2)/X ;где Xnt1 и Xnt2 показания датчика в моменты времени t1 и t2, когда истинное значение контролируемой величины не изменяется

  • Устойчивость против механических, термических, электрических и других перегрузок

α= (Xkp - Xn)/X; Xkp - значение выходного сигнала датчика в условиях одного из видов перегрузки


2.2.4. Преобразователи

 Анализ технических характеристик современных датчиков показывает, что по мере внедрения микропроцессоров ДТС становились все более интеллектуальными (обладающими искусственным интеллектом) [2]. В настоящее время хорошие интеллектуальные возможности имеют так называемые датчики с двойной технологией, т.е. комбинированные датчики.

  • Измерительные преобразователи переводят выходной сигнал объекта в выходную физическую величину: перемещение, усилие, сопротивление, напряжение, ток, частоту

  • Нормирующие преобразователи переводят выходной сигнал измерительных преобразователей в унифицированный

В зависимости от вида сигнала на входе и выходе измерительные преобразователи могут быть разделены на три группы:

1. Преобразователи имеющие на входе и выходе одинаковые физические величины, например, делители напряжения.

2. Преобразователи, имеющие на входе и выходе различные физические величины.

3. Преобразователи структуры сигнала, например, аналго- цифровые и цифро- аналоговые преобразователи, преобразователи кода.

В настоящее время разработка преобразователей идет в следующих направлениях:

  • проектирование цифровых преобразователей на основе монолитных схем с нормированием и аналого- цифровым преобразованием сигналов непосредственно в чувствительном элементе, с выхода снимается цифровая информация, пример, биспин: сила света- частота.

  • проектирование измерительных преобразователей с двухпроводной схемой включения совместно с цифровыми датчиками.

  • создание нормально пассивных измерительных преобразователей, у которых отсутствует выходной сигнал до тех пор пока на схему не поступит сигнал запроса.

  • проектирование электронно- оптических измерительных преобразователей, в которых отсутствует источник питания и которые совместимы с волоконно- оптическими каналами связи. Преимущество- высокая устойчивость к электро- магнитным помехам.


2.2.5 Методика выбора датчиков


Для использования в системе управления ТП необходимо учитывать следующие свойства и характеристики датчиков

  1. пределы измерения с гарантированной точностью

  2. допустимая погрешность, класс точности

  3. инерционность - постоянная времени

  4. устойчивость к влиянию физических параметров, контролируемой и окружающей среды /температуры, влажности .../ на нормальную работу датчика

  5. устойчивость к разрушающим воздействиям контролируемой и окружающей среды: химические воздействия, абразивные свойства ..., т.е. прочность датчика

  6. предельные значения контролируемых величин и параметров окружающей среды

  7. расстояние, на которое должна быть передана информация

  8. недопустимость наличия в месте установки датчика вибраций, магнитных и электрических полей, радиоактивных излучений и других факторов, которые могут нарушить нормальное функционирование датчика

  9. возможность применения датчика с точки зрения требований пожаро и взрыво опасности .


2.3. Регуляторы

Главная функция регулятора - формирование сигнала рассогласования между регулируемой величиной и ее заданным значением (уставкой), а также динамические преобразования сигнала рассогласования по типовым алгоритмам (законам) регулирования. Управляющий сигнал с выхода регулятора поступает на вход исполнительного устройства

При построении регуляторов используют известные в теории САР методы коррекции, когда желаемые алгоритмы достигаются с помощью последовательных и параллельных корректирующих цепей и обратных связей. В ряде случаев исполнительные устройства также участвуют в формировании необходимого алгоритма

Дополнительные требования к регуляторам систем АСУТП

  • в режиме автоматического управления безударный переход с внешнего источника задания на внутренний и обратно.

  • ограничение выходного аналогового сигнала по верхнему и нижнему уровню и сигнализация о предельных значениях уровней.

  • гальваническая развязка входных и выходных цепей.

  • связь с устройствами верхнего уровня управления.

  • аналоговая и дискретная автоподстройка динамических параметров регуляторов в адаптивных системах.

Применяются регуляторы дискретного и непрерывного принципа работы, прямого и косвенного действия

^ 2.3.1 Регуляторы непрерывного действия

1.Пропорциональные регуляторы (P- регуляторы), в которых перемещение регулирующего органа пропорционально отклонению регулируемой величины от заданного значения, также называются статическими В P. - регуляторах реализуется закон

Y = k(X - Xo) , где - положение регулирующего органа, т.е. выходной величины.
Преимущества P - регулятора: высокое быстродействие, малое время переходного процесса, высокая устойчивость системы. Недостаток - наличие остаточного отклонения регулируемой величины регулируемой величины от заданного значения.


2.Интегральные астатические регуляторы (I – регуляторы), в них регулирующий орган перемещается со скоростью, пропорциональной отклонению регулируемой величины

з
t

dY/dt = (X - Xo) или Y = 1/Ти  (X - Xo)dt, где- Ти время изодрома, 0

а которое регулирующий орган переместится из одного крайнего положения в другое при максимальном отклонении регулируемой величины от заданного значения. Тu является параметром настройки I - регулятора

Преимущества I - регулятора: исключается отклонение регулируемой величины, недостаток - меньшие устойчивость и быстродействие


3.Пропорционально - интегральные регуляторы, (PI – регуляторы), называются также изодромными или регуляторами с упругой обратной связью, закон регулирования имеет вид

В
t

Y = k{(X - Xo) + 1/Ти  (X - Xo)dt}

0

PI - регуляторе регулирующий орган при наличии отклонения регулируемой величины сначала перемещается быстро пропорционально отклонению, а затем продолжает свое перемещение в результате интегрального воздействия обычно медленнее, в результате PI - регуляторы могут поддержать в установившемся режиме постоянное значение регулируемой величины независимо от нагрузки и положения статический коэффициент передачи (усиления) регулятора


4. Пропорционально - дифференциальные регуляторы (PD – регуляторы), обеспечивают перемещение регулирующего органа как пропорционально отклонению регулируемой величины, так и пропорционально скорости отклонения. PD - регуляторы еще при подходе регулируемой величины к заданному значению осуществляют действия, препятствующие переходу величины за пределы заданного значения. Закон регулирования имеет вид:


Y = k{(X - Xo) +/- Tп (X - Xo)/ dt}

где - Tп время предварения (дифференцирования) знак +/- указывает на то, что предварение может быть положительным и отрицательным. PD - регуляторы также называются регуляторами по первой производной, чаще применяются при регулировании быстропротекающих процессов


5
t

Y = k{(X - Xo) + 1/Ти  (X - Xo)dt +/- Tп (X - Хo)/dt}

0

.Пропорционально - интегрально - дифференциальные регуляторы (PID) или изодромные с предварением, в них регулирующий орган перемещается пропорционально отклонению, интегралу и скорости отклонения регулируемой величины. Работу PID регулятора можно рассматривать как совместное действие статического и астатического регуляторов. Закон регулирования имеет вид: иллюстрация - термо шкафы различного назначения

При расчете погрешности регулирования, необходимо учитывать погрешности остальных элементов системы регулирования: датчик, преобразователь, собственно регулятор, исполнительное устройство, объект регулирования.
^


2.4 Исполнительные устройства


Назначение исполнительного устройства ( ИУ ) состоит в изменении регулирующего воздействия на объект управления в соответствии с сигналам поступающим от регулятора

По виду энергии, создающей перестановочное усилие ИУ разделяются на пневматические, гидравлические, электрические и комбинированные..

- пневматические ИУ могут быть: мембранными, поршневыми и сильфонными

- гидравлические ИУ могут быть . мембранными, поршневыми, лопастными и с гидромуфтами

- электрические ИУ разделяются на электродвигательные и электромагнитные.

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

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

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

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

^ Электрические ИУ (ЭИУ)

ЭИУ находят преимущественное применение в системах автоматики в том числе в комбинации с пневматическими и гидравлическими и разделяются на четыре группы: позиционного действия, постоянной и переменной скорости, усилители мощности

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

Позиционные ЭИУ предназначены для установки РО в определенные фиксированные положения, чаще всего два “открыто” и “закрыто”, например шаговыми двигателями

В ЭИУ постоянной скорости РО устанавливается в любое промежуточное положение в зависимости от величины и длительности управляющего сигнала с выхода регулятора

ЭИУ переменной скорости имеют возможность управления скоростью перемещения, например грубо и плавно

Качество работы ЭИУ с электродвигателями характеризуют следующими показателями: минимальный момент, время полного хода, выбег, люфт, гистерезис, импульсные характеристики, режим работы





Скачать 0,74 Mb.
оставить комментарий
страница1/9
Дата28.09.2011
Размер0,74 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2   3   4   5   6   7   8   9
отлично
  2
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

наверх