УВАЖАЕМЫЕ СТУДЕНТЫ! ПО ДАННОЙ ТЕМЕ У НАС БЫЛИ
ЛЕКЦИИ, ТАК ЧТО ОБЯЗАТЕЛЬНО ИМИ ВОСПОЛЬЗУЙТЕСЬ.
ВАРИАНТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В КОНЦЕ МЕТОД.РЕКОМЕНДАЦИЙ
ОТЧЕТЫ ВАШИХ РАБОТ, ЖДУ НА ПОЧТЕ ДО 25 АПРЕЛЯ!
Практическая работа.
Чтение структурных и составление функциональных схем САУ.
1.
Цель рабы:
1.1
Научиться составлять и читать структурные схемы САУ;
1.2
Научиться составлять и читать функциональные схемы САУ;
1.3
Научиться выбирать измерительные устройства (датчики) для
САУ, уметь аргументировать свой выбор.
2.
Теоретическая информация
Введение
Под управлением понимается использование предметов, сил природы,
человеческого потенциала для достижения определённых целей.
Вся человеческая деятельность, условно сводится к определенной
последовательности действий – операциям. Операции могут быть как
рабочими, так и операциями по управлению. Замену труда человека в
рабочих операциях называют механизацией, цель которой – освобождение
человека от тяжёлых операций, требующих больших затрат физической
энергии и т.д. Замену труда человека в операциях управления называют
автоматизацией, а технические средства (ТС), выполняющие операции
управления – автоматическими устройствами (АУ). Совокупность ТС,
выполняющих технологический процесс (ТП), является объектом
управления (ОУ). Совокупность АУ и ОУ образует систему управления
(СУ).
Систему, в которой все рабочие и управляющие операции совершают
АУ,
называют
автоматической
(САУ).
Систему,
в
которой
автоматизирована только часть операций, другая же их часть сохраняется за
человеком, называют автоматизированной (АСУ).
Для описания САУ используют структурные и функциональные схемы.
Структурные схемы
Структурные схемы САУ делятся на технологические и математические
схемы.
Технологические структурные схемы строятся на основе базисных
принципов управления и регулирования с указанием конкретных аппаратных
составляющих схемы и информационных связей между ними. К базисным
(каноническим) принципам управления и регулирования относятся три
структурные схемы:
а) Структурная схема САУ
Принцип работы: сущность принципа управления состоит в том, что
алгоритм управления вырабатывается только на основе заданного алгоритма
функционирования и не контролируется другими факторами. Задание хвх(t)
алгоритма функционирования вырабатывается специальным техническим
устройством – задатчиком (ЗЭ – задающий элемент). Этот слабый сигнал
поступает на усилитель (У), и, преобразовавшись до нужного состояния
(u(t)), поступает на вход исполнительного механизма (ИМ). ИМ в
соответствии с заданием посылает управляющий сигнал g(t) на
регулирующий орган (РО) или чувствительный элемент (ЧЭ), который в
свою очередь изменяет работу объекта управления (ОУ) в соответствии с
сигналом q(t), так, что выходной сигнал хвых(t) равен хвх(t).
б) Структурная схема САР по возмущению (принцип компенсации)
Принцип работы: при автоматическом регулировании по возмущению
поддержание его заданного значения достигается путем воздействия на
объект управления по результатам измерения возмущающих воздействий,
вызвавших отклонение. В этих системах измерительный преобразователь
(ИП – датчик) регулятора измеряет возмущающее воздействие F. Поскольку
заранее известно, какое отклонение регулируемой величины xвых вызовет
данное значение возмущения F и какое регулирующее воздействие g может
компенсировать это отклонение, то регулятор, измерив значение F, оказывает
соответствующее регулирующее воздействие g для компенсации его
нежелательного
действия.
Возмущающее
воздействие F измеренное
датчиком ИП, преобразуется в пропорциональную ему величину х, которая
подается через усилительно-преобразующий элемент У на исполнительное
устройство ИМ. Последнее осуществляет регулирование объекта.
в) Структурная схема САР по отклонению (принцип стабилизации)
Принцип работы: при автоматическом регулировании по отклонению
действительное значение выходной величины xвыхсравнивается с заданным
значением xзад и в случае отклонения выходной величины от заданного
значения (Δх) на объект управления оказывается воздействие, которое
приводит к устранению этого отклонения полностью или с заданной
степенью точности. Это отклонение называется сигналом рассогласования (ε)
или ошибкой управления: Δх=
Это достигается следующим
образом: значение xвых воспринимается измерительным преобразователем
(датчиком) ИП и преобразуется в такую же физическую величину, как и xзад.
Эта величина подается на элемент сравнения СЭ. Результат сравнения ε,
получаемый на выходе СЭ, поступает на усилитель У. Усиленный
сигнал u подается на исполнительный механизм ИМ, который в зависимости
от значения ε отрабатывает поданное на него воздействие, перемещая в ту
или другую сторону регулирующий орган РО и тем самым изменяя приток
энергии или вещества к объекту управления ОУ. Перемещение РО
прекращается тогда, когда ε будет допустимо малым или равным нулю.
Наличие обратной связи является необходимым условием качественного
регулирования, поскольку она позволяет получить отклонение регулируемой
величины от заданного значения Хвх независимо от причины возникновения
этого отклонения.
Математические структурные схемы – это графическое отображение,
которое показывает, из каких динамических звеньев состоит система, и как
они соединены между собой. Внутри звеньев вписывается обозначение
передаточной функции – W(p), или само её значение, т.е. математическое
описание каждого звена. Изучению этих схем посвящена третья практическая
работа.
Функциональные схемы
Функциональная схема САУ является основным технологическим
документом, определяющим функциональную структуру и объем
автоматизации технологических процессов. Представляет собой чертеж, на
котором условными обозначениями совмещены и изображены два «слоя»:
• технологический – объекты управления (т. е. технологические
установки, аппараты, агрегаты и т. п.) и связывающие их коммуникационные
потоки (по сути, это материальные потоки). Формируется на основе схемы
материальных потоков и их информационных переменных;
• автоматизации – средства автоматизации (датчики, приборы,
вычислительные устройства, промышленные контроллеры и компьютеры и т.
п.) с указанием связей между ними и технологическим оборудованием, а
также связей между отдельными элементами автоматики. Формируется на
основе структурной схемы САУ.
Для построения и чтения функциональных схем САУ студентам
необходимо тщательно ознакомиться с ГОСТ 21.404-85.
Обозначение
технологического
«слоя».
При
построении
функциональной схемы автоматизации целесообразно располагать
технологическое оборудование и оборудование для перемещения
материальных потоков (трубопроводы для потоков газообразных и жидких
веществ, различные транспортеры для потоков сыпучих и твердых
материалов) так, как это происходит традиционно при чтении: «слеванаправо» и «сверху-вниз». Технологическое оборудование и оборудование
для перемещения материальных потоков изображают упрощенно (контурно).
Допускается в отдельных случаях изображение частей объекта в виде
прямоугольников с наименованием этих частей. Возле изображения делаются
поясняющие подписи (наименование оборудования или его позиционное
обозначение).
Рисунок 1 - Примеры отображения объектов управления (технологического
оборудования и оборудования для перемещения материальных потоков) на
функциональных схемах САУ.
Для газообразных и жидких материальных потоков на трубопроводах и
воздуховодах показывают только те регулирующие устройства (вентили,
задвижки, заслонки, клапаны, запорные устройства и т. п.), которые
участвуют в системе контроля и управления. На линиях трубопроводов
ставят стрелки, указывающие направление потока вещества, желательно
«слева-направо». Трубопроводы, идущие к конечным аппаратам и
устройствам, в которых нет приборов и средств автоматизации, на схеме
обрывают. На месте обрыва ставят стрелку и дают пояснение, например: (к
фильтру) или (от насоса) (рис. 2, а). Для сыпучих и твердых материальных
потоков показывают только те регулирующие устройства (различные
транспортеры: ленточные, скребковые, ковшовые, шнеки и т. п.), которые
участвуют в системе контроля и управления (рис. 2, б).
Рисунок 2 - Примеры отображения регулирующих устройств на
материальных потоках: а – на трубопроводах для газообразных и жидких
сред (вентиль и насос); б – для сыпучих веществ (шнек и ленточный
транспортер).
Обозначения «слоя» автоматизации. На функциональных схемах в
«слое» автоматизации показывают отборные устройства (которые можно
назвать
чувствительными
элементами
измерительных
устройств),
измерительные преобразователи, преобразующие и регулирующие приборы,
вычислительные устройства, линии связи, переключатели, аппаратуру
управления, исполнительные устройства, регулирующие механизмы
(органы), элементы индикации и сигнализации, различные согласующие
устройства
и
устройства
обработки
информации.
Простейшие
вспомогательные устройства, такие как реле, источники питания,
выключатели и предохранители в цепях питания; соединительные коробки и
другие устройства, монтажные элементы, на функциональных схемах не
показывают. Для сложных производственных процессов с большим объемом
автоматизации функциональные схемы могут быть выполнены раздельно,
например: схемы автоматического управления, контроля, сигнализации.
Приведем основные графические отображения на функциональных
схемах САУ.
Рисунок 3 - Обозначение элементов функциональных схем САУ
На рис.3, а, – устройство, устанавливаемое по месту (круг диаметром 10
мм), основное обозначение; б – устройство, устанавливаемое по месту,
допускаемое обозначение; в – устройство, устанавливаемое на пульте, в щите
(круг диаметром 10 мм), основное обозначение; г – устройство,
устанавливаемое на пульте, в щите, допускаемое обозначение; д –
исполнительный механизм, общее обозначение; е – исполнительный
механизм, открывающий регулирующий орган (РО) при прекращении подачи
энергии или управляющего сигнала; ж – исполнительный механизм,
закрывающий РО при прекращении подачи энергии или управляющего
сигнала; з – исполнительный механизм, который при прекращении подачи
энергии или управляющего сигнала оставляет РО в неизменном положении;
и – исполнительный механизм с дополнительным ручным приводом; к –
линия связи, общее обозначение; л – пересечение линии связи без
соединения друг с другом; м – пересечение линии связи с соединением
между собой (показаны обозначения приборов и исполнительных устройств
на функциональных схемах автоматизации по ГОСТ 2.404 –85). Отборное
устройство не имеет специального обозначения, а представляет собой
тонкую сплошную линию, соединяющую технологический трубопровод или
аппарат с первичным измерительным преобразователем. При необходимости
указания точного места расположения отборного устройства или точки
измерения (внутри технологического аппарата) в конце тонкой линии
изображается окружность диаметром 2 мм. Следует помнить, что
практически все первичные преобразователи (датчики) располагаются по
месту, а вторичные преобразователи, устройства отображения и
регулирования – в щитах и пультах. Их отличие – присутствие или наличие
линии диаметра, делящего круг пополам.
Рисунок 4 - Зоны и поля заполнения устройств, устанавливаемых по месту и
в щите или на пульте
Устройства имеют форму круга (диаметром 10 мм), который условно
можно разделить на две равные зоны (рис. 4):
– нижняя зона 1 – указывается позиция и позиционное обозначение
устройства. Состоит из двух частей: цифрового обозначения, присваиваемого
комплекту (функциональной группе приборов), и цифровых индексов,
присваиваемых отдельным элементам, входящим в комплект. Существует
альтернативный вариант нумерации отдельных элементов – буквенными
индексами (строчными буквами русского алфавита). Например, 1-1
(альтернативный вариант 1а), что означает: первый комплект, первое
устройство; 1-2 (альтернативный вариант 1б), что означает: первый
комплект, второе устройство и т. д. Одинаковым комплектам или
однотипным элементам одного комплекта присваивают одинаковые позиции
независимо от места их установки;
– верхняя зона 2 – при помощи буквенных условных обозначений (по
ГОСТ 2.404–85) указывается переменная (П) и функция (Ф) устройства.
Буквенные условные обозначения устройств располагают в следующем
порядке слева направо (рис. 4, зона 2, поля а, б и в):
а) обозначение основной измеряемой величины (Переменная);
б) обозначение, уточняющее, если это необходимо (!), основную
измеряемую величину (Уточнение);
в) обозначение или обозначения функционального признака или
признаков прибора (Функция).
Обозначение основной измеряемой величины. Измеряемые величины
(технологические переменные) обозначают следующими буквами (основное
обозначение букв): D – плотность; E – любая электрическая величина; F –
расход; G – размер, положение, перемещение; Н – ручное воздействие; K –
время или временная программа; L – уровень; М – влажность; Р – давление
или вакуум; Q – величина, характеризующая качество (состав, концентрацию
и т. п.); R – радиоактивность; S – скорость или частота; Т – температура; U –
несколько разнородных измеряемых величин; V – вязкость; W – масса; X –
нерекомендуемая резервная буква.
Обозначение, уточняющее, если это необходимо, основную
измеряемую величину. Дополнительные значения при использовании в
качестве второй по порядку буквы в обозначении прибора имеют следующие
буквы: D – разность или перепад; F – соотношение (доля, дробь); J –
автоматическое переключение или обегание; Q – интегрирование
(суммирование по времени). Кроме того, часть букв, имеющих
дополнительное значение, используется для уточнения типа приборов: Е –
первичное преобразование (чувствительный элемент); K – станция
управления; Т – промежуточное преобразование (дистанционная передача);
Y – преобразование, вычислительные функции. Обычно на первом месте
ставится буква, обозначающая измеряемую величину, а на втором месте –
одна из дополнительных букв Е, Т, K или Y. Например, датчики
расходомеров – FЕ; бесшкальные манометры с дистанционной передачей
показаний – РТ; бесшкальные расходомеры с дистанционной передачей – FТ
и т. д.
Рисунок 5 – Пример первичных преобразователей сигналов (датчиков)
наиболее часто встречающихся технологических параметров: температуры T,
расхода F, давления P, скорости S
В качестве буквы, имеющей дополнительное значение, применяют
также: Н – верхний предел измеряемой величины; L – нижний предел
измеряемой величины. Буквы Н и L наносят вне графического обозначения
(справа от него). Для конкретизации измеряемой величины (рис. 6) справа от
изображения прибора необходимо указать наименование или символ
измеряемой величины, например: напряжение, сила тока, рН, О2 и т. п. Для
обозначения дополнительных значений D, F, Q допускается применение
строчных букв d, f, q.
Рисунок 6 - Конкретизация измеряемой технологической переменной:
первичный преобразователь уровня с верхней (High) и нижней (Low)
Обозначение функционального признака или признаков прибора. При
обозначении функций, выполняемых прибором, для отображения
информации используют буквы: I – показание; R – регистрация, для
формирования выходного сигнала; С – регулирование или управление; S –
включение (отключение или переключение); А – сигнализация. Если в одном
приборе функциональных признаков несколько, то порядок расположения
буквенных обозначений должен быть следующим: I R C S А (рис. 7).
Рисунок 7 - Неправильная и правильная последовательность отображения
функционального признака прибора
При построении условных обозначений преобразователей сигналов и
вычислительных устройств применяют надписи, расшифровывающие вид
преобразования
или
операции,
выполняемые
вычислительными
устройствами. Их наносят справа от графического обозначения приборов.
Для обозначения рода энергии сигнала используются буквы: E –
электрический; P – пневматический; G – гидравлический. Виды форм
сигнала обозначают: А – аналоговый; D – дискретный. Операции,
выполняемые вычислительными устройствами, обозначают: Σ –
суммирование; K – умножение на постоянный коэффициент K; × –
перемножение двух и более сигналов друг на друга; : – деление сигналов
друг на друга; fn – возведение величины сигнала f в степень n;
–
извлечение из величины сигнала корня степени n; lg – логарифмирование;
dx/dt – дифференцирование; ∫ – интегрирование; ×(–1) – изменение знака
сигнала; max – ограничение верхнего значения сигнала; min – ограничение
нижнего значения сигнала; Вi – передача сигнала на компьютер; Во – вывод
информации с компьютера.
Обозначение линий связи. Линии связи между приборами и
средствами автоматизации на функциональной схеме изображаются
однолинейно, тонкими сплошными линиями. Подвод линии связи к символу
прибора допускается изображать в любой точке окружности (сверху, снизу,
сбоку) по возможно кратчайшему расстоянию с минимальным числом
изгибов и пересечений. Линии связи могут пересекать изображения
технологического оборудования и коммуникаций. При необходимости
указания направления передачи сигнала на линиях связи допускается
наносить стрелки.
На участках линии связи непосредственно у прямоугольников,
изображающих щиты или комплекты местных приборов, указывают
предельные
рабочие
(максимальные
и
минимальные)
значения
контролируемых или регулируемых величин. Разрежение (вакуум)
обозначается знаком (–). В случае функционального взаимодействия линий
связи в месте их пересечения ставится точка. При необходимости на схеме
располагают таблицу не предусмотренных стандартами условных
обозначений.
Обозначение уровней автоматизации. Приборы и средства
автоматизации, расположенные на щитах, пультах, показывают в
прямоугольниках, изображающих щиты и пульты.
Приборы и средства автоматизации, расположенные вне щитов и
конструктивно не связанные непосредственно с технологическим
оборудованием и коммуникациями, условно показывают в прямоугольнике
«приборы местные». Прямоугольник располагают над прямоугольником
щитов.
Промышленные контроллеры (PLC) и операторские станции SCADAсистем (системы диспетчерского управления) изображают с помощью
прямоугольников. Их располагают в нижней части поля схемы в одном или
нескольких горизонтальных рядах с указанием в каждом прямоугольнике
соответствующего наименования. При использовании агрегатированных
комплексов (промышленные контроллеры) и управляющих машин (рабочие
станции SCADA-систем) допускается, кроме общего наименования,
приводить наименование их отдельных блоков и функций. При этом
прямоугольник, изображающий комплекс (машину), делят горизонтальными
линиями на части, число которых соответствует количеству блоков
(модулей) или функций.
Для промышленного контроллера (в прямоугольнике указывается его
тип, например, Siemens, Omron, GE Fanuc, Allen-Bradley и т. п.) таким
делением является наличие аналоговых (Analog) и дискретных (Discrete)
модулей ввода (Input) и вывода (Output). Таким образом, возможны
следующие варианты модулей: AI (аналоговый ввод), AO (аналоговый
вывод), DI (дискретный ввод), DO (дискретный вывод) с уточнением
конкретного типа модуля для соответствующего контроллера. Взаимосвязь
между модулями ввода и вывода (т. е. реализацию обратной связи)
показывают условной штрихпунктирной линией.
При обозначении функций, осуществляемых операторскими станциями
SCADA-систем (указывается ее конкретная программная реализация,
например, In Touch, iFix, Genesis, WinCC, Trace Mode и т. п.), целесообразно
использовать те же буквы, что и при обозначении функциональных
признаков приборов автоматизации: I – показание; R – регистрация; С –
регулирование или управление; S – включение (отключение или
переключение); А – сигнализация – и отмечать их наличие на мнемосхеме
SCADA-системы соответствующим знаком (точкой). На рисунках 8-10
показаны примеры схем автоматизации с применением промышленных
контроллеров и рабочих станций SCADA-систем.
Рисунок 8 - Функциональные схемы систем автоматического регулирования
(стабилизации) расхода жидкости (газа) на основе промышленного
контроллера и рабочей станции SCADA-системы при помощи изменения: а –
проходного сечения вентиля; б – числа оборотов насоса (частотное)
Рисунок 9 - Функциональная схема САУ (регулирования, стабилизации)
массы сыпучего материала на основе промышленного контроллера и рабочей
станции SCADA-системы при помощи изменения числа оборотов: а –
ленточного конвейера; б – шнека
Рисунок 10 - Функциональная схема системы автоматического
регулирования (стабилизации) соотношения двух компонентов (жидкостей,
газов) при помощи вентиля на основе промышленного контроллера и
рабочей станции SCADA-системы
3.
Пример
Условие задачи: Температура на выходе теплообменника типа «труба в
трубе» +85°С контролируется термоэлектрическим преобразователем ТХК
Метран-202(НСХ-L) Челябинской группы предприятий «Метран» с длиной
погружной (монтажной) части 80 мм с одним чувствительным элементом.
Температура регулируется изменением подачи греющего пара клапаном с
пневмоприводом. В аварийной ситуации клапан должен быть закрыт.
Сигнальные лампы оповещают о снижении температуры до 70°С (зеленая) и
увеличении свыше 100°С (красная).
Задание: Изобразите схему автоматизации поддержания постоянства
температуры в теплообменнике в двух вариантах:
а) структурном;
б) функциональном
Решение:
а) Для построения структурной схемы САУ по условию задачи,
изначально, следует выяснить, какую из трех канонических схем мы будем
применять. Первая схема САУ заключает в себе только управление, в то
время, как вторая и третья – управление и регулирование. Очевидно, что в
нашем примере у нас имеется регулирование измеряемой величины.
Далее, вторая каноническая схема регулирует величину по измерению
возмущения, а третья – непосредственно самой регулируемой величины. В
условии задачи видно, что происходит измерение не возмущения, а
регулируемой величины – температуры. Значит, мы выбираем третью
каноническую схема САУ – САР по отклонению.
Теперь исследуем все кибернетические блоки данной САР и сопоставим
с условием задачи:
ЗЭ (задатчик, задающий элемент) – в условии задачи не прописано, что
является ЗЭ, это означает, что мы сами должны пояснить этот блок. Под ЗЭ
может пониматься как человек-оператор, который вводит задающее значение
в управляющее ЭВМ, так и пограмма, которая срабатывает при
определенных сигнал и выдает задающее значение. В нашем примере оно
равно: +85°С. Другими словами, выходное значение системы должно быть
всегда равно задающему, это означает, что она работает исправно, нет
ошибки управления (сигнала рассогласования ε);
СЭ (сравнивающий элемент) – под СЭ, как правило, всегда
подразумевают программируемый логический контроллер (ПЛК – PLC:
Programmable Logic Controller). Контроллеры имеют как входные клеммы,
через которые поступают выходные значения системы (с датчиков), так и
выходные клеммы, через которые управляющий сигнал поступает на
исполнительный механизм с регулирующим органом. Внутри контроллера, с
логической точки зрения, находится программа, которая содержит задающее
значение от задатчика и программу самого технологического процесса, то
есть некоторый алгоритм изменения регулируемой величины. Именно в
контроллере происходит сравнение задающего значения и выходной
величины. Ошибка регулирования, согласно управляющей программе,
стабилизируется, то есть образуется управляющий стабилизационной сигнал,
который должен уравнять задающее и выходное значение системы.
Существует множество контроллеров самых разных фирм. Наиболее
часто применяемые, это контроллеры компании Siemens, Omron, ОВЕН,
ProSoft System, Schneider electric и др. В нашем примере нет обозначение
конкретного управляющего устройства.
У (усилитель) – это некоторое устройство для усиления входного
сигнала (например, напряжения, тока или механического перемещения,
колебания звуковых частот, давления жидкости или потока света), но без
изменения вида самой величины и сигнала, до уровня достаточного для
срабатывания исполнительного механизма (или регистрирующих элементов),
за счёт энергии вспомогательного источника. Конструктивно усилитель
может быть исполнен в различных вариациях: от встроенного модуля в ПЛК,
до отдельного устройства.
ИМ (исполнительный механизм) – это элемент автоматической
системы, который воспринимает усиленный управляющий сигнал и приводит
в действие регулирующий орган таким образом, чтобы произошло изминение
выходной величины системы в соответствии с заданием и алгоритмом
управляющей программы. В условиях данной задачи, роль ИМ выполняет
пневмопривод без указания конкретной модели. Пневматический привод
(пневмопривод) — совокупность устройств, предназначенных для
приведения в движение частей машин и механизмов посредством энергии
сжатого воздуха.
РО (регулирующий орган) – этот элемент автоматики всегда идет в
связке с ИМ. Он принимает управляющее воздействие от ИМ, и,
непосредственно регулирует, с аппаратной и технической точки зрения,
регулируемую величину. Иначе РО называют ЧЭ (чувствительным
элементом). В нашем примере, опять же без указания конкретной модели,
блок РО представлен клапаном. Положение клапана меняет расход греющего
пара к трубе, что приводит к изменению регулируемой величины –
температуры смеси.
ОУ (объект управления) – это технологический объект, в котором
протекает наш регулируемый технологический процесс. В данном случае мы
регулируем подачу греющего пара, который нагревает смесь в
теплообменнике. Следовательно, ОУ является теплообменник типа «труба в
трубе».
ИП (измерительный преобразователь) – это датчик, который измеряет
выходную величину измеряемого параметра на входе, а на выходе передает
сигнал на СЭ, то есть контроллеру. Мы измеряем температуру, а значит
используем датчик температуры. В условии приведена конкретная модель
датчика и его конструкторская особенность - термоэлектрический
преобразователь ТХК Метран-202(НСХ-L) Челябинской группы предприятий
«Метран» с длиной погружной (монтажной) части 80 мм с одним
чувствительным элементом.
После того, как мы определили структурное значение каждого блока,
приведем окончательный вариант структурной схемы нашей задачи.
Структурная схема построена. Следует сказать, что данная схема –
простейшая. Реальные структурные схемы намного более сложны и содержат
корректирующие устройства. Основная задача корректирующих устройств
состоит в улучшении точности системы и качества переходных процессов.
Б) Для построения функциональной схемы, в задании, мы уже имеем
технологический «слой» с обозначением прибора на месте – датчика
температуры с монтажной частью, которая врезается в трубу. Датчик
обозначается двумя буквами ТТ, что означает - прибор для измерения
температуры бесшкальный с дистанционной передачей показаний,
установленный по месту.
Выходной сигнал будет являться входом в функциональную таблицу.
Далее сигнал от первичного преобразователя (ТХК Метран-202) идет к
вторичному преобразователю, т.е. прибору в операторской (щит управления).
Вторичный преобразователь также связан с измерением температуры. Он
имеет следующие функциональные признаки: I - имеет индикацию
(показывающий), R – имеет регистрацию значений, которая впоследствии
передается в архивы управляющего ЭВМ (мы сможем всегда посмотреть в
какое время какое значение принимала регулируемая величина), А – по
условию задачи имеет сигнализацию в представлении двух сигнальных ламп
(HL1 и HL2), которые, соответственно, оповещают о прохождении сигнала
критического значения либо сверху (красная), либо снизу (зеленая). Далее
сигнал проходит в контроллер (через входные клеммы), а потом поступает на
вход управляющего ЭВМ, в котором у нас может находиться SCADAсистема, БД и БнД (базы данных и банк данных), различные сервера и т.д.
Выходом управляющего ЭВМ будет сигнал в контроллер (выходня
клемма). Управляющий сигнал с контроллера вырабатывается из-за
сравнения задающего и действующего значения и компенсации сигнала
рассогласования ε по алгоритму внутренней программы контроллера. Этот
сигнал уже подается на ИМП и РО, которые показаны на технологическом
«слое», согласно ГОСТу. В функциональной таблице входные и выходные
клеммы контроллера связаны.
Итак, покажем простейшую функциональную схему нашего примера.
4. Ход работы:
4.1. Изучите теоретическую часть методических указаний к
практической работе;
4.2 выполните задание к практической работе согласно своему варианту
(варианты представлены в приложении а):
4.2.1 построить структурную схему в соответствии с заданием;
4.2.2 построить функциональную схему в соответствии с заданием;
4.2.3 выбрать ип (датчик) в соответствии с заданием, обосновать свой
выбор.
4.3 ответьте на контрольные вопросы;
4.4 сделайте вывод по работе;
4.5 приготовьтесь к защите работы по темам в конcпекте: «принципы
управления и регулирования в тау», «классификация сау».
5. Контрольные вопросы:
5.1 В чем разница между АСУ и САУ?
5.2 В чем разница между АСУ и САР?
5.3 В чем разница между функциональной и структурной схемами САУ?
5.4 По какому ГОСТу выполняются функциональные схемы САУ?
5.5 Какая типовая классификация САУ существует?
ПРИЛОЖЕНИЕ А – Варианты заданий к практическим работам.
Практическая работа 1. Чтение структурных и составление
функциональных схем САУ.
Задание:
1.1.
1.2.
1.3.
выбор.
Построить структурную схему в соотвесттвии с заданием
Построить функциональную схему в соответствии с заданием
Выбрать ИП (датчик) в соответствии с заданием, обосновать свой
Вариант 1.
Схема регулирования уровня топлива в поплавковой камере
Бензин
Поплавковая
камера
Игла
Поплавок
К жиклерам
Принцип работы. При увеличении расхода бензина из поплавковой
камеры, уровень бензина уменьшается и поплавок опускается. Вместе с ним
опускается игла, открывается запорный клапан и увеличивается приток
бензина. В результате уровень бензина в поплавковой камере
восстанавливается.
Вариант 2.
Сварочная зона методической печи
Принцип работы. В сварочную зону методической печи
устанавливаются датчики температуры, сигнал с которых поступает на
устройство связи с объектом контроллера.
Контроллер вырабатывает управляющий сигнал на исполнительный
механизм, который осуществляет регулирование количества подаваемого в
зону газа и воздуха. ИМ вырабатывает воздействие на поворотную заслонку,
изменяя соотношение расхода газа и воздуха, поступающего в зону, и таким
образом изменяя температуру в сварочной зоне.
Расход газа и воздуха измеряется с помощью первичных
преобразователей расхода, затем преобразованный сигнал поступает в
контроллер.
С контроллера вырабатываются сигналы о расходе газа и воздуха, а
также сигналы о температуре и перепаде давления, которые поступают на
реестрирующий прибор. Все параметры поступают на АРМ оператора. На
автоматизированном рабочем месте установлена система визуализации,
которая позволяет наблюдать за ходом технологического процесса.
Вариант 3.
Схема регулирования масло-эмульсионного отделения
Принцип работы. Сигнал с датчика давления поступает на контроллер.
Контроллер подает регулирующее воздействие на частотные
преобразователи, которые в свою очередь плавно регулируют скорость
электродвигателей на входе системы. Далее контроллер приводит в действие
напорную задвижку с помощью электродвигателя для регулирования
давления. Подходя к коллекторам, которые расходуют эмульсию на выходе
системы, давление теряется для этого там стоит еще один датчик давления,
информация от которого попадает на контроллер, который в свою очередь
воздействует на исполнительный механизм для поддержания нужного
давления. Так же на контроллер подается сигнал с датчика температуры и
датчика расхода для контроля температуры эмульсии и ее расхода.
Вариант 4.
Схема автоматизации нагрева паром воды в парожидкостном
теплообменнике
Принцип работы. Как видно из приведенной схемы, она содержит один
контур регулирования — температуры воды (5а—5е). Остальные устройства
предназначены для измерения расхода пара (1а— 1в), расхода воды (4а—
46), температуры воды и пара на входе в теплообменник (За—Зв). Кроме
того, предусмотрена сигнализация при падении давления пара (2).
Вариант 5.
Схема автоматизации технологического процесса, предусматривающего
тепловую обработку продукта с одновременным его перемешиванием
Принцип работы. Контроль предельно допустимого уровня в резервуаре
осуществляет вторичный прибор (поз. 1–2), установленный на щите и
имеющий пневматический выходной сигнал. При достижении продуктом в
реакторе предельно допустимого уровня сигнал с первичного
преобразователя (поз. 1–1), установленного по месту, поступает на
вторичный прибор (поз. 1–2), который инициирует срабатывание световой
предупредительной сигнализации (на щите включается лампа HL1). Нагрев
продукта в резервуаре производится паром. При этом температура продукта
на выходе из резервуара контролируется датчиком температуры (поз. 2–1),
сигнал с которого поступает на измеритель-регулятор температуры (поз. 2–
2). Если температура продукта не равна заданной, то измеритель-регулятор
температуры сформирует команду управления на исполнительный механизм
(поз. 2–3) для уменьшения или увеличения подачи пара. Управление
двигателем мешалки М1 производится с помощью кнопок ручного
управления SB4 и SB5, установленных на щите. По месту в данном случае
установлен магнитный пускатель двигателя мешалки KM1 и кнопки
аварийного отключения мешалки SB3. При работающем двигателе мешалки
M1 на щите включается сигнальная лампа HL2. Положение ключа
управления SA1 определяет режим управления: ”A” – автоматический, “D” –
дистанционный (ручной). При автоматическом режиме управление
исполнительным механизмом подачи пара (поз. 2–3) производится
измерителем-регулятором температуры (поз. 2–2), а при дистанционном –
оператором, с помощью кнопок управления SB1 и SB2 (“Меньше”,
“Больше”).
Вариант 6.
Схема автоматизации технологического процесса ректификации
жидкого продукта
Принцип работы. Для осуществления процесса используется
ректификационная колонна, через которую прокачивается подогретый
продукт. Для стабилизации технологического процесса и обеспечения
необходимого качества продукта требуется поддерживать постоянную
температуру продукта и его уровень в колонне. В ректификационной колонне
с помощью датчиков 1-1 и 2-1 контролируются температура и уровень
продукта. Для изменения температуры изменяется подача горячего пара в
теплообменник с помощью регулируемой заслонки с исполнительным
механизмом 1-4. Для изменения уровня используется заслонка на подающем
трубопроводе продукта, снабжённая исполнительным механизмом 2-4. Для
подачи продукта в колонну используется насос с электроприводом.
Электродвигатель
насоса
имеет
электромагнитный
пускатель
с
дистанционным управлением.
ВАРИАНТЫ:
№
ФИО
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Басов Никита Игоревич
Буланов Евгений Романович
Виноградов Тимофей
Вихрист Степан Сергеевич
Галин Александр Павлович
Гришин Александр Андреевич
Иванов Евгений Михайлович
Кичигин Александр Сергеевич
Колесов Матвей Романович
Кочнев Александр Сергеевич
Парфёнов Арсений Сергеевич
Пеньков Владимир
Пестерев Михаил Евгеньевич
Петряшев Даниил Геннадьевич
Семенов Ярослав Алексеевич
Слугинов Вадим Алексеевич
Стойков Даниил Николаевич
Терехов Данила Иванович
Тихомиров Дмитрий Евгеньевич
Цветков Леонид Васильевич
Цветков Никита Павлович
Чайкин Вячеслав Алексеевич
Чирков Данила Алексеевич
Чуркин Денис Романович
Шкатов Леонид Сергеевич
1
2
3
1
4
6
5
2
1
3
4
2
6
5
4
6
5
2
3
1
4
3
2
6
5
