Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Машины и аппараты пищевых производств"

Контрольная работа

по курсу АППХЗ

1. Что такое государственная система приборов и средств автоматизации? Её назначение и пути развития.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)- совокупность устройств получения, передачи, хранения, обработки и представления информации о состоянии и ходе различных процессов и выработки управляющих воздействий на них. ГСП состоит из унифицированных элементов, модулей и блоков, допускающих информационное, энергетическое и конструктивное сопряжение в агрегатных комплексах и автоматизированных системах управления.

В ГСП входят электрические, пневматические и гидравлические приборы и устройства в обыкновенном, виброустойчивом, герметичном, пыле- и влагозащищённом исполнении. К устройствам получения и первичного преобразования информации относятся датчики, кнопки, табуляторы и клавишные вычислительные машины с ручным и полуавтоматическим управлением для нанесения информации на перфокарту, перфоленту, магнитные ленты, барабаны или диски, а также выводные устройства, формирующие сигналы для передачи на расстояние. Передача информации осуществляется либо непосредственно через каналы связи (при небольших дистанциях или специально выделенных каналах связи), либо через устройства телемеханики (на большие расстояния). Передача сигналов от многих источников в одно место достигается при помощи устройств централизованного контроля.

К средствам представления информации относятся показывающие стрелочные, цифровые, символьные и др. индикаторы, самопишущие приборы, печатающие устройствами графопостроители. Для лучшего восприятия широко применяется метод визуального контроля с помощью устройств отображения информации, промышленного телевидения, мнемонических схем. При большом количестве информации, необходимости её предварительного логического и математического анализа или синтеза, в связи с решением сложных экономических, технологических и иных задач, а также при управлении современными технологическими и энергетическими комплексами применяют средства вычислительной техники.

Выработка управляющих воздействий достигается регулирующими устройствами (регуляторами). Регулятор, получая сигналы непосредственно от датчика или через устройство централизованного контроля, вырабатывает в соответствии с заданной программой и законом регулирования энергетические импульсы, приводящие в действие исполнительный механизм, который через регулирующие органы (коммутирующую аппаратуру, управляемые вентили, клапаны, заслонки, задвижки) изменяет потоки энергии или вещества и этим воздействует на объект регулирования.

Устройства ГСП взаимодействуют посредством нормированных электрических, пневматических, гидравлических, механических, акустических и оптических сигналов. По виду сигналов устройства ГСП делятся на аналоговые и дискретные.

Устройства ГСП имеют нормированные источники питания. Конструктивное сопряжение устройств ГСП обеспечивается унифицированной структурой модулей и блоков, применением нормированных по форме и размерам монтажных плат, кассет, каркасов, панелей, шкафов, щитов и пультов, а также базовых конструкций оснований и узлов, из которых компонуются агрегаты. Этим достигается высокая взаимозаменяемость изделий ГСП.

Унификация конструкций ГСП повышает технологичность изделий в производстве, упрощает их комплектацию, монтаж, наладку и эксплуатацию. Информационная, энергетическая и конструктивная сопрягаемость устройств ГСП ускоряет проектирование и изготовление систем автоматического контроля, регулирования и управление в составе оборудования автоматизированного производства.

В основу построения ГСП положены следующие принципы: выделение устройства по функциональным признакам, минимизация номенклатуры изделий, блочно-модульное построение технических средств, агрегатное построение систем управления, совместимость приборов и устройств.

По функциональному признаку все изделия ГСП делятся на четыре группы: устройства получения информации о состоянии процесса; устройства приема, преобразования и передачи информации по каналам связи; устройства преобразования, хранения, обработки информации и формирование команд управления; устройства использования командной информации для воздействия на объект управления.

СИ входят в число устройств входят в число первой и второй групп перечисленных групп и представляют собой первичные, промежуточные, масштабирующие (нормирующие) измерительные преобразователи, измерительные приборы и системы.

В зависимости от рода используемой энергии СИ и вспомогательные устройства ГСП подразделяют на четыре самостоятельные ветви: электрическую, пневматическую, гидравлическую и не использующей вспомогательной энергии.

Все средства измерений и устройства электрической, пневматической и гидравлической ветви имеют унифицированные входные и выходные сигналы, перечень которых приведен в таблице:

Таблица 1. Основные виды унифицированных входных сигналов ГСП.

Вид сигнала	Физическая величина	Параметры сигнала
Электрический	Постоянный ток	0-5, 0-20, -5-0-5, 4-20 мА
	Постоянное напряжение	0-10, 0-20 -10-0-10 мВ; 0-10, 0-1 -1-0-1 В
	Переменное напряжение	0-2, -1-0-1 В
	Частота	2-8, 2-4 кГц
Пневматический	Давление	0,2-1 кгс/см*см
Гидравлический	»	0,1-6,4 МПа

Связь электрических, пневматических и гидравлических устройств осуществляется с помощью соответствующих преобразователей сигналов. Этим обеспечивается создание комбинированных средств ГСП. Средства ГСП строятся из блоков и модулей.

Особенности технологии различных видов производств, многообразие задач и процедур контроля и управления, различия в условиях эксплуатации требуют разработки и выпуска огромного количества разнообразных технических средств автоматики для построения эффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП). Такой технической базой для создания автоматизированных систем управления в промышленности является Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Новое качество в развитии пневматических приборов было достигнуто в результате создания в начале 60-х годов универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА), которая дала возможность компоновать практически все виды устройств автоматизации из ограниченного числа малогабаритных унифицированных пневмоэлементов модульного типа.

Блочно-модулъный принцип построения был использован также при создании появившейся в те же годы электрической агрегатной унифицированной системы приборов (ЭАУС), представляющей собой комплекс унифицированных регулирующих и функциональных устройств. Принятый в этой системе унифицированный электрический сигнал связи 0-5мА обеспечил совместную работу ее приборов с первыми промышленными машинами централизованного контроля и управления.

В это же время были разработаны первые ряды унифицированных измерительных преобразователей (датчиков) для измерения теплоэнергетических величин и начат их серийный выпуск.

Второй этап развития ГСП совпал по времени с многочисленными разработками и внедрением первых автоматизированных систем управления в ряде отраслей промышленности, что потребовало разработки и освоения приборостроительной отраслью разнообразной номенклатуры технических средств. Эти средства теперь уже практически полностью создавались в рамках ГСП. Дальнейшее развитие получили работы по упорядочению номенклатуры датчиков теплоэнергетических величин как для общепромышленных условий эксплуатации, так и для условий воздействия агрессивных и взрывоопасных сред; все шире развиваются принципы агрегатного построения приборов на основе базовых конструкций и модулей.

Третий период развития ГСП можно отнести к началу 70-х годов. По времени он совпадает с широким внедрением в промышленные системы автоматизации, контроля и управления идеологии АСУ с использованием средств вычислительной техники. Цели и задачи централизованного автоматизированного управления производством с участием человека-оператора выдвинули новые требования к техническим средствам ГСП. Ускоренными темпами развивается производство управляющих вычислительных комплексов, устройств связи с автоматизированными объектами, средств централизованной обработки информации. Следует отметить, что на этом этапе практически все вновь создаваемые технические средства реализуются в рамках унифицированных агрегатных комплексов, использующих системотехнические основы и принципы построения ГСП (в том числе агрегатные комплексы средств вычислительной техники -- АСВТ, средств телемеханической техники -- АСТТ, средств локальных информационно-управляющих систем -- КТС ЛИУС). Таким образом, этот этап знаменует собой дальнейшее расширение и углубление принципов унификации и агрегатирования в промышленном приборостроении.

Закрепление в государственных и отраслевых стандартах принципов унификации и сопрягаемости выпускаемых и вновь разрабатываемых средств ГСП на основе стандартизации прежде всего параметров сигналов связи, источников питания, конструктивно-присоединительных размеров и общего нормирования условий эксплуатации всех средств ГСП обеспечило возможность развития систем промышленной автоматики, созданных в различное время, расширения совокупности технических средств по мере появления новых, более совершенных по своим характеристикам.

В настоящее время в составе ГСП выпускается более 2000 типов промышленных приборов и средств автоматизации.

2. Опишите конструкции и принцип действия средств измерения давления. Их особенности и области применения

Давление характеризуется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к величине этой площади. По принципу действия приборы для измерения давлений делятся на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В зависимости от измеряемой величины различают следующие приборы: манометры - для измерения избыточных давлений; вакуумметры - для измерения разрежения мановакуумметры - для измерения избыточных давлений; напоромеры, тягомеры и тяго-напоромеры - для измерения малых избыточных давлений и разряжений (до нескольких кПа); дифференциальные манометры (дифманометры) - для измерения перепадов (разности) давлений.

Жидкостные манометры

Принцип действия жидкостных манометров основан на уравновешивании измеряемой величины высотой столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, в зависимости от величины измеряемого избыточного давления или разряжения, а также от химических свойств измеряемого вещества, применяются: вода, спирт, ртуть, минеральные масла небольшой вязкости

Простота конструкции и надежность гидростатического метода, лежащего в основе работы этих приборов, а также достаточно высокая точность - причины их широкого применения, как для лабораторных, так и для технических измерений небольших избыточных давлений, разрежений, разности двух давлений, атмосферного давления. Образцовые жидкостные приборы служат для поверки некоторых типов манометров, вакуумметров, тягомеров, напоромеров, барометров, дифференциальных манометров.

Наиболее распространенным и самым простым по устройству является U-образный прибор (рис. 1). Он состоит из изогнутой в виде буквы U стеклянной трубки 4, примерно до половины заполненной рабочей жидкостью 3. С помощью скобок 1 трубка прикреплена к доске 2, между ветвями трубки размещена шкала 5.

Рис. 1 U-образный прибор

Когда давления Р1 и Р2 равны, уровни жидкости в левой и правой ветвях U-образной трубки находятся против нулевой отметки шкалы. При неравенстве давлений, например, Р1>Р2, уровень в левой ветви опустится, а в правой - поднимется. Отсчет нужно производить дважды: от нуля вниз до уровня в левой ветви и от нуля вверх до уровня в правой ветви; полученные значения отсчетов (их сумма равна h) надо сложить. Это рекомендуется делать, поскольку трубки обеих ветвей прибора могут немного отличаться по диаметру. В этом случае жидкость будет опускаться (в левой) и подниматься (в правой) ветвях на неодинаковое количество делений. Значение измеряемой величины (разность давлений Р1 и Р2) определяется по шкале.

Деформационные манометры

В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов, деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, через рычаги передается на стрелку или перо прибора. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации. Деформационные манометры нашли широкое применение в промышленности, что обусловлено простотой и надежностью конструкции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой точностью и широкими пределами измерения.

В качестве измерительных элементов деформационных манометров и измери-тельных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений используют одновитковую трубчатую пружину (рис. 2а), сильфон (рис. 2б), мембранную коробку (рис. 2в), многовитковую трубчатую пружину (рис. 2г), вялую мембрану (рис. 2д), жесткую мембрану (рис. 2е).

Рис. 2

В трубчатопружинном манометре с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 4), получившем наибольшее распространение, чувствительным элементом является трубчатая пружина 2, представляющая собой полую трубку овального или эллиптического сечения, согнутую по дуге окружности на 180-270 градусов.

Рис. 3

Маленькая ось эллипса трубки расположена параллельно, а большая - перпендикулярно плоскости чертежа. Один конец трубчатой пружины жестко соединен с держателем 1, укрепленным винтами в круглом корпусе 3 манометра. Держатель имеет резьбовой ниппель, предназначенный для крепления прибора на трубопроводе или аппарате, в котором измеряется давление. Свободный конец пружины поводком связан с передаточным механизмом 7 , состоящим из зубчатого сектора и сцепленной с ним шестеренки, на ось которой насажена стрелка 4.

Для устранения мертвого хода стрелки, вызванного люфтами в соединениях, пере-даточный механизм снабжен упругим спиральным волоском 5. Внутренний конец волоска крепится на оси стрелки, а внешний - на неподвижной плате механизма. Волосок постоянно прижимает шестеренки со стрелкой в направлении, противоположном перемещению звеньев механизма под действием давления, что устраняет влияние люфтов в соединениях, и стрелка прибора начинает двигаться одновременно с отклонением чувствительного элемента.

Под действием давления среды, сообщающийся с внутренней полостью трубчатой пружины, последняя несколько распрямляется, свободный конец перемещается и тянет за собой поводок, который через передаточный механизм вызывает перемещение стрелки по шкале прибора. Раскручивание трубчатой пружины, согнутой по дуге окружности, обусловлено тем, что при подаче давления ее эллиптическое сечение стремиться перейти в круглое. При этом малая ось эллипса, расположенная в плоскости чертежа, увеличивается, и волокна пружины, находящиеся на радиусе r1, переходят на больший радиус r1', а волокна, находящиеся на радиусе r2, переходят на меньший радиус r2'. Так как длина трубчатой пружины остается неизменной, а один конец ее жестко заделан в держателе, в пружине возникают внутренние напряжения, приводящие к ее раскручиванию и перемещению свободного конца. Последний и, следовательно, стрелка прибора перемещаются пропорционально изменению измеряемого давления, поэтому манометр имеет равномерную шкалу.

3. Грузопоршневые манометры

В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высо-кую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров.

Рис. 4

Грузопоршневой образцовый манометр МП-60 (рис. 4), предназначенный для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной состоит из вертикального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным поршнем 5, на верхнем конце которого закреплена тарелка 7 для укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Воронка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом. Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением. Для установки поверяемых манометров предназначены штуцеры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9, и 11 служат для перекрытия каналов, вентиль 12 для спуска масла. Создаваемое грузом давление P = m/A, где m - масса поршня с тарелкой и грузом; А - эффективная площадь поршня, за которую принимают сумму площади сечения поршня и половину площади кольцевого зазора между поршнем и цилиндром (обычно А=0,996-1,004см2). Пределы измерения прибора 0 - 6 МПа. Класс точности 0,05.

3. Что такое автоматический регулятор? Регулятор прямого и непрямого действия. Блок- схема автоматического регулятора

Автоматические регуляторы классифицируются по назначению, принципу действия, конструктивным особенностям, виду используемой энергии, характеру изменения регулирующего воздействия и т.п.

По принципу действия они подразделяются на регуляторы прямого и непрямого действия. Регуляторы прямого действия не используют внешнюю энергию для процессов управления, а используют энергию самого объекта управления (регулируемой среды). Примером таких регуляторов являются регуляторы давления. В автоматических регуляторах непрямого действия для его работы требуется внешний источник энергии.

По роду действия регуляторы делятся на непрерывные и дискретные. Дискретные регуляторы, в свою очередь, подразделяются на релейные, цифровые и импульсные.

По виду используемой энергии они подразделяются на электрические (электронные), пневматические, гидравлические, механические и комбинированные. Выбор регулятора по виду используемой энергии определяется характером объекта регулирования и особенностями автоматической системы.

По закону регулирования они делятся на двух- и трехпозиционные регуляторы, типовые регуляторы (интегральные, пропорциональны, пропорционально-дифференциальные, пропорционально-интегральные, и пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы - сокращенно И, П, ПД, ПИ и ПИД - регуляторы), регуляторы с переменной структурой, адаптивные (самонастраивающиеся) и оптимальные регуляторы. Двухпозиционные регуляторы нашли широкое распространение, благодаря своей простоте и малой стоимости.

По назначению регуляторы подразделяются на специализированные (например, регуляторы уровня, давления, температуры и т.д.) и универсальные с нормированными входными и выходными сигналами и пригодные для управления различными параметрами.

По виду выполняемых функций регуляторы подразделяются на регуляторы автоматической стабилизации, программные, корректирующие, регуляторы соотношения параметров и другие.

На рис.5 показана блок-сема типового автоматического регулятора.

Рис. 5.Блок-схема типового автоматического регулятора

В системах управления автоматические регуляторы используют для поддержания заданной величины параметров технологического процесса. Основные элементы регулятора (рис. 5): устройство 1 для измерения регулируемой величины; устройство 2 ввода заданного значения регулируемой величины (задатчик); устройство 3 сравнения измеряемого и заданного значений для определения отклонения; управляющее устройство 4, формирующее [закон регулирования и управляющее воздействием на исполнительный механизм регулирующего органа; приспособления 5 для настройки регулятора,

Промышленные регуляторы реализуют принцип работы по отклонению.

Регуляторы поддерживают постоянное значение выходной величины в заданных пределах путем изменения регулируемой величины.

По принципу действия регуляторы подразделяются на регуляторы непосредственного действия (прямого) и регуляторы непрямого действия, причем как первые, так и вторые могут быть прерывного и непрерывного действия.

В регуляторе непосредственного или прямого действия регулирующий орган находится под действием регулируемого параметра или прямо, или через зависимый параметр, и при изменении регулируемого параметра приводится в действие усилием, возникающим в чувствительном элементе регулятора и достаточным для перестановки регулирующего органа без какого-либо постороннего источника энергии.

В регуляторе непрямого действия (автоматический регулятор) чувствительный элемент воздействует на регулирующий орган посторонним самостоятельным источником энергии, которым могут служить воздух, газ, жидкость и т. п. При изменении величины регулируемого параметра усилие, возникающее в чувствительном элементе регулятора, приводит в действие лишь вспомогательное устройство.

Оба вида регуляторов состоят из регулирующего органа, чувствительного (измерительного) и управляющего элементов.

В регуляторах непосредственного действия чувствительный и управляющий элементы являются составными частями привода регулирующего органа и неотделимы от него. У регулятора прямого действия чувствительный и управляющий элементы -- самостоятельные приборы, отделенные от регулирующего органа.

Регуляторы непосредственного действия по сравнению с регуляторами непрямого действия обладают меньшей чувствительностью. Это объясняется тем, что регулирующий орган при изменении величины регулируемого параметра начинает перемещаться только после возникновения усилия, достаточного для преодоления сил трения во всех подвижных частях.

У регулятора непрямого действия силы трения преодолеваются за счет постороннего источника энергии, и не требуется значительного изменения усилий на исполнительный орган. Поэтому регулирование происходит здесь более плавно.

Однако независимо от принципа действия регуляторы должны всегда обеспечивать достаточно устойчивое регулирование.

4. Интегральные регуляторы. Уравнение И-регулятора. Пимеры И-регуляторов и принцип их действия. Достоинства и недостатки И-регуляторов

Интегральный закон регулирования формируют интегральные (или астатические) регуляторы. Величина регулирующего воздействия этих регуляторов пропорциональна интегралу отклонения регулируемого параметра от заданного значения по времени:

автоматизация регулятор дозирование

где Т и - постоянная интегрирования, с.

Рис. 6 - Характеристики интегрального регулятора: а - переходная; б - АФХ

Характеристики регулятора представлены на рисунке 1. Его передаточная функций имеет вид:

Отличительной особенностью интегрального регулятора является то, что он всегда приводит регулируемый параметр к заданному значению без статической ошибки, так как равновесие в системе регулирования может быть достигнуто только при х=0. В динамическом отношении данный регулятор подобен интегрирующему звену. У него сдвиг фаз между сигналами на входе и на выходе равен т.е. прохождение сигнала через интегральный регулятор при всех частотах будет запаздывать по отношению к входному воздействию на . Таким образом, процесс регулирования будет связан с колебаниями регулируемой величины около заданного значения. Рассмотрим работу такого регулятора, поддерживающего уровень жидкости в ёмкости на заданном значении (рис. 7). В состоянии равновесия системы регулирования приход жидкости V₁ равен её расходу V₂ и уровень её соответствует значению Н₁.

Рис. 7 - Интегральный регулятор уровня

При увеличении расхода жидкости до значения V₂, уровень её падает, поплавок 1 перемещается вниз и через рычажную систему 2 перемещает подвижный контакт потенциометра 3 относительно его средней точки. Разность потенциалов, возникшая между подвижным контактом и средней точкой потенциометра, подастся на управляющую обмотку реверсивного электродвигателя 4, который, вращаясь, перемещает регулирующий орган 5 в сторону его открытия и увеличения притока V ₁. Падение уровня происходит до тех пор, пока приток V ₁ не станет равным расходу V ₂.

Допустим, что это равенство наступило при уровне Н₂. Однако при этом подвижный контакт потенциометра смещён относительно его средней точки, и разность потенциалов поступает на двигатель, который продолжает перемещать регулирующий орган в сторону увеличения притока жидкости, что приводит к нарушению равенства V_l=V₂ и повышению уровня. При достижении уровнем значения Н₁ подвижный контакт потенциометра устанавливается в среднее положение и разность потенциалов становится равной нулю, двигатель останавливается. Но отсутствие равенства между притоком и стоком приводит к дальнейшему повышению уровня и смещению подвижного контакта потенциометра вниз относительно средней точки. Возникает разность потенциалов, но другой полярности, и двигатель вращается в противоположную сторону, прикрывая регулирующий орган и уменьшая приток жидкости. Этот процесс повторяется. Таким образом, в процессе регулирования в момент равенства притока и расхода жидкости нет равенства уровня заданному значению (это и есть сдвиг по фазе на -р/2), что вызывает колебания регулируемого параметра около заданного значения.

Параметром настройки регулятора является постоянная интегрирования Ти, определяющая скорость перемещения регулирующего органа и влияющая на характер переходного процесса в системе регулирования (рис. 8). Чем меньше значение Т и, тем большие колебания наблюдаются в системе (рисунок 8а, кривая 1). Кривая 3 соответствует слишком большому, значению Ти. Оптимальному значению Т и соответствует кривая 2, при котором время регулирования и динамическая ошибка наименьшие. Сравнение качества процессов регулирования для одного и того же объекта И- и П - регуляторами показано на рисунке 8б.

Процесс регулирования интегральным регулятором связан с большими колебаниями, протекает медленно, динамическая ошибка велика. Вследствие этого интегральный регулятор может работать устойчиво только при регулировании малоинерционных объектов с достаточно большим коэффициентом самовыравнивания и малым временем запаздывания.



Рис. 8. Переходные процессы в системах: а) с И - регулятором; б) с И-рсгулятором - 4 и П-рсгулятором - 5

5. Оценка качества процесса регулирования

Ответ на вопрос устойчива или неустойчива САУ говорит о том, что с течением времени переходной процесс затухает и система приходит в устойчивое состояние после того, как она испытала какое - то воздействие. Устойчивость работы САУ является только необходимым, но далеко не достаточным условием практической пригодности САУ. Помимо устойчивости в работе САУ должна обеспечивать необходимую точность работы.

Качество САУ определяет точность ее работы в установившемся и переходном режимах. На рис.8 даны примеры переходных характеристик САУ, представляющих переходные процессы в системах, вызванные единичным воздействием. Для оценки качества САУ по виду переходных характеристик вводят следующие показатели качества: время переходного процесса t_п , максимальное отклонение в переходный период , колебательнлсть переходного процесса М.



Рис. 8. Переходные характеристики САУ: 1 - монотонный процесс; 2 - апериодический процесс; 3 - колебательный процесс; а - при внешнем воздействии в виде возмущения д(t); б -при изменении задающего воздействия х_з , в соответствии с которым выходная величина системы у(t) по окончании переходного процесса управления получает приращение у _уст

Время переходного процесса t_n. Этот показатель характеризует быстродействие системы. Время переходного процесса t_n равно интервалу времени от начала переходного процесса до момента, когда выходная величина достигает 95% ее нового установившегося значения.

Максимальное отклонение в переходный период (перерегулирование). В случае переходного процесса, вызванного возмущением F (см.рис.7.6), максимальное отклонение определяется величиной y_{1 max} . В случае переходных процессов, вызванных изменением задающего воздействия х_з , максимальное отклонение выражается в процентах и определяется следующим образом:

Эта величина часто называется перерегулированием. Допустимым считается

< ( 10 ... 30 ) %.

Колебательность переходного процесса М. Колебательность М определяется числом колебаний, равным числу минимумов кривой переходного процесса за время переходного процесса t_n ( рис. 8,а ) или в случае кривых ( рис. 8,б) - числом перерегулирований за тот же период.

В некоторых случаях колебательность определяют как отношение соседних максимумов, например: y_{2 max} / y_{1 max}, выраженное в процентах. Приемлемым числом колебаний считается 1…2.

В процессе синтеза САУ при составлении ее структурной схемы и выборе значений параметров выполнение перечисленных выше требований заставляет нас идти на компромисс. Например, в ряде случаев с увеличением коэффициента усиления будет увеличиваться быстродействие, но и увеличиваться колебательность.

Кроме того, характер переходного процесса будет зависеть от места приложения и вида воздействия, а также от начальных условий.

Другими словами, при оценке качества переходных процессов необходимо указывать воздействие и начальные условия, при которых имеет место данное качество. При общей характеристике качества переходных процессов в САУ за стандартное воздействие обычно принимают единичное ступенчатое воздействие при нулевых начальных условиях, что позволяет получать переходную характеристику.

Существуют три группы методов оценки качества переходных процессов.

Первая - корневые - по значениям полюсов и нулей передаточной функции системы, (т.е. по корням её числителя и знаменателя).

Вторая - частотные - по частотным характеристикам системы и третья - интегральные - по характеру интегральной кривой процесса.

Каждый из методов оценки качества переходных процессов имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее приемлемыми являются частотные методы, а среди них метод оценки запаса устойчивости и быстродействия САУ по вещественной частотной характеристике замкнутой системы.

6. Схема автоматизации технологического процесса. Её назначение. Графическое изображение схемы автоматизации. Правила представления схем, условные обозначения

Основным техническим документом, определяющим оснащение объекта, являются схемы автоматизации. При разработке схем автоматизации технологического процессов решают следующие задачи:

- сбор информации о состоянии технологического процесса и объекта ;

- регулирование технологических параметров процесса ;

- управление оборудованием ;

- размещение средств автоматизации.

Разработка схем автоматизации технологических процессов включает в себя целый комплекс вопросов, которые составляют содержание нескольких лекций к здесь не рассматриваются, мы рассмотрим общие вопросы построения схем на примере схем автоматизации типовых технологических процессов пищевого производства.

В верхней части чертежа схемы автоматизации представляют технологическую схему процесса, которая дает представление о принципе работы автоматизируемого объекта. Желательно, чтобы технологическая схема скелетно воспроизводила контуры установленного технологического оборудования, все коммуникации и их последовательность согласно направлению технологического потока. На этой схеме (на оборудовании я коммуникациях) показывают все приборы, имеющие отношение к автоматизации объекта (отборные устройства, первичные информационные преобразователи (датчики), регулирующую и запорную арматуру), определяя этим расположение мест отбора измерительных сигналов и подачи команд управления. Все приборы и средства автоматизации на схеме автоматизации должны быть иаображены по ГОСТ 21.404-85.

Согласно стандарту существует два метода построения условных обо значений приборов и средств автоматизации: упрощённый и развернутый.

При упрощенном методе построения схемы автоматизации приборы и аппараты, осуществляющие сложные функции (контроль, регулирование, сигнализацию) и выполненные в виде отдельных блоков, изображают одним условный изображением, а устройства, выполняющие вспомогательные функции (фильтры, усилители, источники питания, немонтажные элементы, редукторы и т.п.) не изображают. В случае применения развернутого метода построения условных обозначений каждый прибор или блок изображают отдельным условным обозначением.

Условное обозначение прибора создается следующим образом (рис. 9)

Рис 9. Построение условного обозначения прибора по ГОСТ 21.404-85

В верхней частя графического изображения наносят буквенные обозначения измеряемой величины и функциональных признаковая прибора, в нижней части помещается позиционное обозначение прибора или комплекта (совокупности средств, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования одного параметра). Полный номер комплекта состоит из двух частей (например, 7-1), первая часть 7 - номер комплекта, а вторая часть 1 - номер составной его части.

Присвоение дополнительных цифровых индексов в комплекте производится в следующей последовательности: датчик, измерительный или регулирующий прибор, переключатель и т.п.

Позиционное обозначение элемента (у нас 7-1) сохраняется за ним на всех чертежах и в описании.

Рассмотрим теперь приведенное буквенное обозначение PDIRC. Первая буква в обозначении прибора или устройства (кроме устройств ручного управления) является наименование измеряемой величины. Буквенные обозначения устройств, предназначенных для ручных операций (кнопка, ключ управления и др.), начинаются с буквы Н . Порядок расположения буквенных обозначений функциональных признаков прибора обусловлен последовательностью: I, R, C, S, A.

При разработке схем автоматизации принято изображать щиты и пульты управления в виде прямоугольников в нижней части поля чертежа. В этих прямоугольниках изображают условно аппаратуру контроля, регулирования, сигнализации и управления. На участках линий связи элементов одного комплекта указываются предельные рабочие значения измеряемых и регулируемых величин.

Электроаппаратуре (измерительным приборам, сигнальным лампам, кнопкам, ключам управления, сиренам и т.д.),представляемой на этих схемах, присваивают цифро-буквенные обозначения, принятые на принципиальных электрических схемах.

Позиционные обозначения некоторых приборов и средств автоматизации (например, регуляторы прямого действия, показывающие термометры, манометры) состоят только из порядкового номера.

Приборы и средства автоматизации, установленные вне щитов и пультов и не связанные непосредственно с технологическим оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике "приборы по месту", который изображается над прямоугольником "приборы на щите".

Тип, марка и основные характеристики используемых в схемах автоматизации технологических процессов средств автоматизации приводятся в спецификации, которая является составной частью текстового материала.

При изображении сложных схем автоматизации с большим числом средств автоматизации во избежание изломов и пересечений линий связи их обрывают и нумеруют. Эта нумерация разрывов линий связи выносится на базовые линии, причем со стороны щитовых приборов нумерация дается в возрастающем порядке. Такой метод выполнения схем автоматизации называется адресным.

Схема автоматизации участка технологического процесса

На данном участке технологического процесса реализованы: автоматические системы регулирования температуры и расхода продукта, подаваемого на обработку; автоматическая система регулирования давления пара в магистрали; позиционная автоматическая система уровня в накопительной емкости; система управления электрическим приводом насоса.

На технологической схеме процесса сборник I служит для компенсации неравномерности подачи продукта на переработку, сборник II является накопительным. Схемой предусмотрено двухпозиционное регулирование уровня (верхнего и нижнего) в сборнике I. Датчики уровня 1 - 1 верхнего и 1-2 нижнего подают сигналы на позиционное регулирующее устройство 1-3 , воздействующее на электромагнитный клапан 1-4, управляющий подачей продукта в сборник 1 (рис. 10 ).

Регулирование температуры продукта (ее стабилизацию), подаваемого насосом 1У на обработку, осуществляет автоматическая система регулирования, состоящая из датчика 2 - l , показывающего и регулирующего прибора 2 - 2 , исполнительного механизма 2 - 4 и регулирующего органа 2-5, который изменяет количество теплоносителя, подаваемого в теплообменник III. В настоящей.системе существует возможность управления регулирующим органом дистанционно с панели управления 2 - 3 , установленной на щите.

Автоматизированная система стабилизации расхода продукта работает следующим образом. Сигнал от датчика 4 -1 .который установлен на трубопроводе, через промежуточный преобразователь 4-2 подаётся на показывающий самопишущий прибор 4-3 В рассматриваемом контуре величина расхода определяется степенью дросселирования потока, зависящей от степени открытия регулирующего клапана 4-6. Иногда на схемах, автоматизации рядом с изображением регуляторов дают условное обозначение реализуемого ими закона регулирования. Регуляторами 2 - 2 и 4 - 3 реализуется пропорционально-интегральный (ПИ) закон регулирования.



Рис. 10. Схема автоматизации участка технологического процесса

Условные обозначения приборов: - магнитный пускатель KM 1; - кнопка управления SB1; - кнопка управления SB2; - сигнальная лампа; - прибор для измерения температуры; - панель дистанционного управления, установленная на щите; - регулятор давления прямого действия. Обозначение потоков на схеме: 1 - вода; 2 - пар

7. Автоматизация непрерывного дозирования материалов

Непрерывное дозирование является одним из основных технологических процессов пищевого производства. Процессом непрерывного дозирования нужно управлять так, чтобы обеспечить требуемое количество каждого компонента в смеси и ее однородность.

Непрерывное дозирование производится бункерными и ленточными дозаторами. Бункерные дозаторы применяются для работы с сыпучими материалами и жидкостями, ленточные - обеспечивают более высокую точность дозирования. Ленточные дозаторы представляют собой совокупность питателя и грузоприемного устройства - весового конвейера. Они бывают одноагрегатные (рис. 11,а)и двухагрегатные (рис. 11,б). В первых функции питателя и грузоприемного устройства совмещены, а во вторых -разделены.

Производительность дозатора определяется следующими параметрами: нагрузкой весового конвейера W, скоростью движения лента конвейера V и длиной его грузоприемной части L. Ленточный дозатор представляет собой астатический объект регулирования с запаздыванием. Время запаздывания определяется временем пребывания материала на весовом конвейере: .

При автоматизации процесса дозирования на двухагрегатных ленточных дозаторах требуемая производительность F может быть достигнута путём регулирования нагрузки на ленте грузоприемной части конвейера: . В одноагрегатных дозаторах производится регулирование и нагрузки, и скорости движения ленты весового конвейера.

Производительность одноагрегатного ленточного дозатора непрерывного действия зависит от скорости дозирования, которая изменяется в соответствии с частотой вращения ротора электродвигателя 1-6. При работе схемы датчик 1-1 частоты вращения электродвигателя передает сигнал на блок умножения 1-3 . Одновременно на этот же блок поступает синал от датчика 2-1 нагрузки на весовом участке конвейера. Блок умножения формирует сигнал, пропорциональный текущей производительности дозатора F . Этот сигнал поступает далее на регулятор 1-4 , имеющий пропорционально-интегральный закон регулирования. Регулирующее воздействие с него подается на привод электродвигателя 1- 6, в результате чего изменяется число оборотов и скорость движения ленты конвейера II,чтобы обеспечить соответствие текущей и заданной производительности дозатора.

На щите размещены показывающие приборы 1-2 - контроль частоты вращения электродвигателя и 2-2 - контроль нагрузки конвейера, а также - самопишущий прибор 1- 5, контролирующий текущую производительность дозатора. Для переключения режима управления с автоматического на ручное служит переключатель SA1 (риc. 11).

В двухагрегатном ленточном дозаторе (рис.11, б) количество материала, поступающего из бункера I на грузовой конвейер II, зависит от интенсивности работы питателя III. Сигнал от датчика 1-1 нагрузки конвейера поступает на ПИ-регулятор 1 - 3 , c него регулирующее воздействие через ключ SA1 подается на электродвигатель постоянного тока 1-4, обеспечивающий изменение производительности питателя до тех пор, пока текущее значение нагрузки не станет равным заданному. Для контроля нагрузки на щите размещен показывающий и самопишущий прибор 1-2

Рис. 11. Схема автоматизации ленточных дозаторов: а-одно и б- двух агрегатного

Размещено на Allbest.ru

...