Учебное пособие Кохтла-Ярве 2007 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г icon

Учебное пособие Кохтла-Ярве 2007 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г


Смотрите также:
Учебное пособие Кохтла-Ярве 20 10 удк 66-52: 66(075) Чекрыжов С. Г...
Краткий конспект лекций Подготовил Сергей Чекрыжов Кохтла-Ярве 2008 Учебное пособие написано по...
Учебное пособие пенза 2007 удк 61: 316. 346. 2(075. 8)...
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 Самара 2007 удк 331. 108. 4(075. 8) Ббк 33(07)...
Учебное пособие Самара 2007 удк 331. 108. 4(075. 8) Ббк 33(07)...
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...



Загрузка...
страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
вернуться в начало
скачать





ЛИТЕРАТУРА

  1. Аарна О.А. Двухуровневая модель химико-технологической системы и ее применение в АСУТП. Всесоюзное научно-техническое совещание «Опыт создания и внедрения автоматизированных и автоматических систем управления» (Тезисы докладов). Фрунзе, 1977.

  2. Кафаров В.В., Перов В.Л., Мешалкин В.П. Принципы математического моделирования химико-технологических систем. М., «Химия», 1974, 343 с

  3. Зыков А.А. Теория конечных графов. Новосибирск, «Наука», 1969, 544 с.

  4. Чекрыжов С.Г. О построении системы контроля расходов для автоматизированного управления производством. Горючие сланцы № 6, 1981, с.10 - 13.

  5. W.G. Achermonn Algoritmuas automatischem Abglech von Mengenbilonzen Messen, Stenern, Regeln, 2, 1971

  6. Конюхова И.В., Чекрыжов С.Г. Корректировка материальных потоков на установке производства ароматических углеводородов.- Горючие сланцы, 1982, № 11, с.8-1










^ Тема 3. Технические средства автоматизации технологических процессов


Реальная система автоматического регулированиясодержит 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.


3.1 Назначение технических средств АСУТП


  • 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. 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


3.1.1. Датчики

Датчики - чувствительные элементы физических величин, воспринимают контролируемый параметр и преобразуют его в величину удобную для передачи по каналам связи и дальнейшего преобразования


^ 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 .


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


3.1.2. Преобразователи

  • 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.



3.1.3. 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

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


t

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




за 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.
^

3.1.4 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. Другой способ использования ИМ ЭИУ с электродвигателем состоит в охвате двигателя жесткой обратной связью, при этом ЭИУ является пропорциональным ( малоинерционным ), в котором положение выходного органы пропорционально сигналу

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

1. номинальный момент это момент, который развивает ИМ при всех допустимых условиях эксплуатации, например при пониженном напряжении питания до 0.85 от номинального. Пусковой момент при номинальном напряжении питания должен как правило быть не менее 1.7 от номинального

2. время полного хода Тим выбирают исходя из допустимого времени Тро перестановки затвора РО от начала до конца. Это время равно Тим= ( 1/b ) Тро, где b отношение диапазона рабочего перемещения выходного органа к величине полного хода

3. выбег это перемещение выходного органа ИМ после выключения механизма, работающего в установившемся режиме. Величина выбега не должна быть более 1 % для ЭИУ с временем полного хода 10 с., 0.5 % для механизма с временем полного хода 25 с.,
0.25 % , для времени 63 с. и более

4. Люфт и гистерезис характеризуют нелинейности статической характеристики ЭИУ. Люфт образуется свободным ходом выходного органа при неподвижном вале электродвигателя из- за зазора в зацеплении кинематических узлов редуктора. Люфт выходного органа не должен превышать 1 град. для однооборотных ЭИУ с номинальной нагрузкой

40 Н* м менее и не более 0.3 град. для многооборотных ЭИУ. Для прямоходных ЭИУ люфт не должен превышать 0.2 мм при нагрузке до 1000 Н и 0.5 мм при нагрузке свыше 1000 Н

Гистерезис между положением выходного органа и сигналом датчика положения складывается из люфта механической передачи и вариаций показаний датчика. По стандарту гистерезис не должен быть более 1.5 % от полной шкалы показаний датчика при нелинейности статической характеристики менее 2.5 %

  1. Импульсная характеристика ЭИУ определяется как средняя относительная скорость перемещения выходного органа при управлении импульсным сигналом 6. режим работы ЭИУ повторно- кратковременный реверсивный, с частотой до 320 включений в час и продолжительностью до 25 % при нагрузке на выходном органе в пределах от номинальной противодействующей до 0.5 сопутствующей. К ЭИУ предъявляются требования к повышенной частоте включений: в течение часа до 600 и более с интервалом времени между выключением и включением на обратный ход не менее 50 мс.







Скачать 1,68 Mb.
оставить комментарий
страница2/15
Дата28.09.2011
Размер1,68 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы: 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
отлично
  1
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