Реферат технические средства формирования аналоговых и дискретных воздействий
Обновлено: 05.07.2024
Функции и типы автоматизированных систем управления. Структура информационной системы управления. Технические, аппаратные, программно-технические и общесистемные средства автоматизации. Функциональная схема канала измерительной информационной системы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 20.08.2017 |
| Размер файла | 122,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Технические средства автоматизации в системах управления. Информационно-измерительная система. Датчики. Вторичные приборы. Линии связи
Любая система управления должна выполнять следующие функции:
· сбор информации о текущем состоянии технологического объекта управления (ТОУ);
· определение критериев качества работы ТОУ;
· нахождение оптимального режима функционирования ТОУ и оптимальных управляющих воздействий, обеспечивающих экстремум критериев качества;
· реализация найденного оптимального режима на ТОУ.
Эти функции могут выполняться обслуживающим персоналом или ТСА. Различают четыре типа систем управления (СУ):
2) автоматического управления;
3) централизованного контроля и регулирования;
4) автоматизированные системы управления технологическими процессами.
Информационные (неавтоматизированные) системы управления (рисунок 1) применяются редко, только для надежно функционирующих, простых технологических объектов управления ТОУ.
Рисунок 1 Структура информационной системы управления
Д - датчик (первичный измерительный преобразователь); НП - нормирующий преобразователь; ВП - вторичный показывающий прибор; ОПУ- операторский пункт управления (щиты, пульты, мнемосхемы, устройства сигнализации); УДУ - устройства дистанционного управления (кнопки, ключи, байпасные панели управления и др.); ИМ - исполнительный механизм; РО - регулирующий орган; С - устройства сигнализации; МС - мнемосхемы.
В некоторых случаях в состав информационной СУ входят регуляторы прямого действия и встроенные в технологическое оборудование регуляторы.
В системах автоматического управления (рисунок 2) все функции выполняются автоматически при помощи соответствующих технических средств.
Функции оператора включают в себя:
· техническую диагностику состояния САУ и восстановление отказавших элементов системы;
· коррекцию законов регулирования;
· переход на ручное управление;
· техническое обслуживание оборудования.
Рисунок 2 Структура системы автоматического управления (САУ)
КП - кодирующий преобразователь; ЛС - линии связи (провода, импульсные трубки); ВУ - вычислительные устройства
Системы централизованного контроля и регулирования (СЦКР) (рисунок 3). САУ применяются для простых ТОУ, режимы функционирования которых характеризуются небольшим числом координат, а качество работы одним легко вычисляемым критерием. Частным случаем САУ является автоматическая система регулирования (АСР).
Система управления, автоматически поддерживающая экстремальное значение ТОУ, относится к классу систем экстремального регулирования.
Рисунок 3 Структура системы централизованного контроля и регулирования: ОПУ - операторский пункт управления; Д - датчик; НП - нормирующий преобразователь; КП - кодирующие и декодирующие преобразователи; ЦР - центральные регуляторы; МР - многоканальное средство регистрации (печать); С - устройство сигнализации предаварийного режима; МПП - многоканальные показывающие приборы (дисплеи); МС - мнемосхема; ИМ - исполнительный механизм; РО - регулирующий орган; К - контроллер
АСР, поддерживающие заданное значение выходной регулируемой координаты ТОУ, подразделяются на:
Экстремальные регуляторы применяются крайне редко.
Технические структуры СЦКР могут быть двух типов:
1) с индивидуальными ТСА;
2) с коллективными ТСА.
В системе первого типа каждый канал конструируют из ТСА индивидуального пользования. К ним относятся датчики, нормирующие преобразователи, регуляторы, вторичные приборы, исполнительные механизмы, регулирующие органы.
Выход из строя одного канала регулирования не приводит к остановке технологического объекта.
Такое построение увеличивает стоимость системы, но повышает ее надежность.
Система второго типа состоит из ТСА индивидуального и коллективного пользования. К ТСА коллективного пользования относят: коммутатор, КП (кодирующие и декодирующие преобразователи), ЦР (центральные регуляторы), МР (многоканальное средство регистрации (печать)), МПП (многоканальные показывающие приборы (дисплеи)).
Стоимость коллективной системы несколько ниже, но надежность в сильной степени зависит от надежности коллективных ТСА.
При значительной длине линии связи применяют индивидуальные кодирующие и декодирующие преобразователи, размещенные около датчиков и исполнительных механизмов. Это повышает стоимость системы, но улучшает помехозащищенность линии связи.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) (рисунок 4) - это машинная система, в которой ТСА осуществляют получение информации о состоянии объектов, вычисляют критерии качества, находят оптимальные настройки управления. Функции оператора сводятся к анализу полученной информации и реализации с помощью локальных АСР или дистанционного управления РО.
Различают следующие типы АСУТП:
централизованная АСУ ТП (все функции обработки информации и управления выполняет одна управляющая вычислительная машина УВМ) (рисунок 4);
Рисунок 4 Структура централизованной АСУ ТП: УСО - устройство связи с объектом; ДУ - дистанционное управление; СОИ - средство отображения информации
супервизорная АСУТП (имеет ряд локальных АСР, построенных на базе ТСА индивидуального пользования и центральной УВМ (ЦУВМ), имеющей информационную линию связи с локальными системами) (рисунок 5);
Рисунок 5 Структура супервизорной АСУТП: ЛР - локальные регуляторы
распределенная АСУТП - характеризуется разделением функций контроля обработки информации и управления между несколькими территориально распределенными объектами и вычислительными машинами.
В общем случае типовые средства автоматизации могут быть техническими, аппаратными, программно-техническими и общесистемными.
К техническим средствам автоматизации (ТСА) относят:
· регулирующие органы (РО);
· вторичные приборы (показывающие и регистрирующие);
· устройства аналогового и цифрового регулирования;
· устройства логико-командного управления;
· модули сбора и первичной обработки данных и контроля состояния технологического объекта управления (ТОУ);
· модули гальванической развязки и нормализации сигналов;
· преобразователи сигналов из одной формы в другую;
· модули представления данных, индикации, регистрации и выработки сигналов управления;
· буферные запоминающие устройства;
· специализированные вычислительные устройства, устройства допроцессорной подготовки.
К программно-техническим средствам автоматизации относят:
· аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
· блоки многоконтурного аналогового и аналого-цифрового регулирования;
· устройства многосвязного программного логического управления;
К общесистемным средствам автоматизации относят:
· устройства сопряжения и адаптеры связи;
· блоки общей памяти;
· устройства общесистемной диагностики;
· процессоры прямого доступа для накопления информации;
Надежная и эффективная работа систем автоматизации в первую очередь определяется достоверностью получаемой об объекте управления информации. Получение в АСУТП точной, своевременной, полной и удобной для использования информации обеспечивается измерительной информационной системой (ИИС). ИИС представляет собой совокупность технических средств, объединенных общим алгоритмом функционирования и предназначенных для, автоматического (автоматизированного) получения, сбора, преобразования информации и представления ее для непосредственного восприятия человеком или техническими средствами с целью формирования управляющих сигналов.
На рисунке 6 показана обобщенная функциональная схема канала измерительной информационной системы. От источника информации ИИ сигнал последовательно проходит первичный измерительный преобразователь ПИП, вторичный измерительный преобразователь ВИП, измерительное устройство ИУ, устройство представления информации УПИ и поступает к потребителю информации ПИ. По необходимости устройства канала получают питание от различных видов источников энергии ИЭ и в сложных каналах передают и получают сигналы от устройств управления и вспомогательных устройств УУ и В. Согласованная и надежная работа устройств этого канала невозможна без устройств управления и вспомогательных устройств, в которые могут входить вычислительные устройства, устройства памяти, исполнительные устройства и т. п. В конкретных каналах ряд устройств может отсутствовать.
Если функциональная схема канала ИИС состоит из ИИ+ПИП+ВИП+ИУ+ПИ, то по общепринятой классификации это система автоматического измерения САИ или система автоматического контроля САК. Если функциональная схема канала ИИС состоит из ИИ+ПИП+ВИП+УПИ+ИУ+ПИ, то по общепринятой классификации это система автоматического сигнализации САС или система автоматического контроля САК. Если функциональная схема канала ИИС передает и принимает сигнал от устройств формирования команд УФК, то по общепринятой классификации это система автоматического управления или регулирования САУ или САР.
Рисунок 6 Обобщенная функциональная схема канала измерительной информационной системы
информационный система автоматизированный управление
Источники информации ИИ, или объекты измерения очень разнообразны. Большинство объектов и процессов характеризуется множеством различных параметров, каждый из которых может быть измерен в отдельности, но в реальных условиях действует на измерительный преобразователь совместно со всеми остальными параметрами. Конкретные средства получения информации ПИП и ВИП предназначены для измерения только интересующего нас единственного параметра, называемого измеряемой величиной.
Как Вы уже знаете, техническое средство для измерения той или иной величины, включающее в себя конструктивную совокупность ряда измерительных преобразователей и размещенное непосредственно у объекта измерения, называется датчиком. В датчике могут быть как только ПИП, например, термопара, так и ПИП и ВИП, например, автоматические конвейерные весы с унифицированным выходным сигналом.
Сигнал с датчиков через линии дистанционной передачи поступает или на ВИП, или на измерительные устройства ИУ, которые расположены в более благоприятных условиях.
Устройства представления информации УПИ (табло, стрелочные указатели и т. п.) в зависимости от конкретных требований размещаются в местах потребления информации (человеком или техническим устройством), например на диспетчерском пункте или местном щите управления.
Изобразим систему автоматического управления с основными ее элементами на конкретных примерах.
Технологический процесс и оборудование, в котором оно осуществляется, называется, как правило, объектом управления (в более узком смысле иногда говорят об объекте регулирования).
Рисунок 7 К описанию процессов и производств как объект управления
Выходные параметры - это параметры, с помощью которых оценивается состояние или качество ведения процесса. Это могут быть простейшие технологические показатели, характеризующие работу агрегата, ход процесса или более сложные параметры, характеризующие, например, эффективность работы оборудования, процессов или предприятия в целом.
При характеристике объектов управления выделяют также такие входные воздействия как помехи, которые надо отличать от характеристики возмущающих воздействий.
Помехами, как правило, называют группу возмущающих воздействий, которые также влияют на выходные показатели. Они не могут быть, как изменены оперативно, по нашему желанию, так и проконтролированы, мы о них можем только догадываться. К помехам или к их функциям, как правило, относят такие понятия как: старение оборудования, забивка оборудования, износ отдельных частей системы и так далее.
Таким образом, рассмотрим систему автоматического управления уровнем жидкости в емкости, в которую она (жидкость) втекает и вытекает в соответствии с требованиями потребления.
Рисунок 8 Емкость с жидкостью как объект управления
Представим физический объект с жидкостью с позиции ранее нами данных определений.
Рисунок 9 Структурная схема системы автоматического регулирования уровня жидкости в емкости, где h, h1(t), hтек(t) - это унифицированный токовый сигнал 0-5, 4-20, 0-20мА или стандартный цифровой сигнал, рассогл = hтек(t)- hзад(t)
В соответствии с изображенной структурной схемой системы автоматического регулирования выходная регулируемая величина h-уровень жидкости, измеряется с помощью датчика уровня.
Сигнал с датчика h1(t) поступает в измерительный прибор, который по аналогии с датчиком, называется вторичным прибором. Вторичные приборы предназначены для регистрации (записи, визуализации) информации и передачи ее на следующие устройства системы.
Информация с вторичного прибора hтек(t) поступает на элемент сравнения ЭС, куда также входит сигнал от задатчика о заданном значении hзад(t) регулируемой величины. Результат сравнения двух величин в виде сигнала рассогласования рассогл(t)= hтек(t)-hзад(t) называемый рассогласованием (или отклонением) поступает в регулирующее устройство.
Регулирующее устройство (регулятор) предназначено для формирования управляющего (регулирующего) воздействия y по определенному закону и передачи его на исполнительный механизм ИМ, о том какие законы регулирования и какие регуляторы используются, в настоящее время в промышленности, будем рассматривать далее.
Исполнительные механизмы могут быть, как и другие элементы, в зависимости от рода используемой энергии электрическими, пневматическими, гидравлическими. Исполнительный механизм предназначен для обработки команд выработанных регулятором и воздействия на конечное звено системы регулирования - регулируемый орган.
Регулирующий орган РО предназначен для изменения количества вещества или энергии, поступающей в объект управления, до достижения заданного значения выходной (регулируемой) величины.
Остановимся кратко на алгоритме функционирования рассматриваемой системы. Итак, при колебаниях объемного расхода Qmax Q
Читайте также: