WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо – Западный государственный заочный технический университет В.В. Дембовский Автоматизация управления производством Учебное пособие Санкт – Петербург 2004 2 Утверждено редакционно - издательским советом университета УДК [658.52.011.56: 681.51: 621.74] (035).

Дембовский В.В. Автоматизация управления производством :

Учеб. пособие. – СПб.: СЗТУ, 2004.

Учебное пособие содержит материалы, посвященные основам теории автоматического управления, прикладным аспектам автоматизации металлургических процессов и элементам техники управления производственными процессами в литейных цехах.

Содержание учебного пособия соответствует требованиям рабочей программы и Государственного образовательного стандарта.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 651300 – “Металлургия”, специальность 110400 – “Литейное производство черных и цветных металлов” (специализация 110409 – “Литейное производство и экономика металлургии”) и для бакалавров по направлению 550500 – “Металлургия”.

Рецензенты:

1.Кафедра металлургии и литейного производства СевероЗападного государственного заочного технического университета (зав. кафедрой А.А.Яценко, канд. техн. наук, доц.);

2.Ткаченко С.С., Генеральный директор ПТИЛитпром, д-р техн. наук, заслуженный металлург Российской Федерации;

3.Сулягин Р.В., зам. директора Научно – исследовательского центра ТК «ОМЗ – Ижора», канд. техн. наук.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004.

© Дембовский В.В., 2004.

3 Предисловие Автоматика (от греческого – самодействующий) представляет собой научно-техническую отрасль, предметом которой являются методы и средства осуществления различных целенаправленных действий без непосредственного участия человека.

В рассматриваемой области – металлургическом, в частности литейном производстве, такие действия чаще всего сводятся к управлению производственными объектами, под которыми подразумеваются оборудование для выполнения технологических процессов, а также ряд подъемно-транспортных и других машин и механизмов.

При этом термин управление означает такое воздействие на технологический процесс, которое обеспечивает желаемое изменение его внутреннего состояния, а для подвижных объектов – перемещение по заданной траектории в пространстве и времени.

Автоматизация по существу является процессом превращения объектов, управляемых человеком, в те же объекты, управляемые с помощью автоматических устройств.

Технической базой автоматизации служит механизация производства, заменяющая физический труд человека. Однако если ограничиваются только механизацией, то за человеком сохраняются функции управления, представляющие продукт мыслительной деятельности рабочего, мастера, начальника смены (в общем случае – оператора). Автоматизация процессов управления в значительной степени освобождает персонал и от этих функций, обеспечивая при этом следующие преимущества:

1. Рост производительности труда;

2. Повышение качества продукции и её конкурентоспособности;

3. Сокращение затрат сырья, топлива, электроэнергии;

4. Повышение культуры производства;

5. Как правило, - сокращение численности производственного персонала.

Особую разновидность процессов управления представляет управление работой коллективов людей. В этой сфере человеческой деятельности также достигнуты значительные успехи, особенно – на основе широкого применения современных средств вычислительной техники, о чём будет сказано ниже.

Как общий итог перехода к автоматизации, повсеместно отмечается повышение технико-экономической эффективности производства в целом.

1. Важнейшие свойства систем управления и их общая классификация При обобщенном подходе любая система управления содержит два основных звена (элемента):

а) Технологический объект управления (ТОУ);

б) Средство управления (СУ).

Под технологическим объектом управления (или, просто, - объектом) подразумевают любой агрегат или совершающийся в нём технологический процесс. С точки зрения решения задач автоматизации, объект воспринимается как некоторая данность, определяемая спецификой производства. В свою очередь, средство управления или некоторый комплекс таких средств общепромышленного или специального назначения в системе автоматического управления (CАУ) призвано этот процесс осуществлять без непосредственного участия человека. Функции человека при этом сводятся к контролю за работой автоматических устройств, их наладке и настройке на требуемый процесс управления.

Общая классификация САУ может быть произведена по ряду признаков:

а ) СУ ТОУ ТОУ б ) Прямая Обратная связь связь СУ Рис. 1.1. Разомкнутая (а) и замкнутая (б) системы управления 1)По способу соединения средства управления и объекта различают системы разомкнутые и замкнутые. В разомкнутой САУ (рис.

1.1, а) средство управления (СУ) воздействует на объект (ТОУ) без учета состояния последнего. Такие системы применяются для выполнения простых функций, таких как пуск, остановка или реверсирование оборудования через заданные интервалы времени (управление по времени с помощью реле времени, или таймера) или – выполнение технологических операций в заданной их последовательности (программно-логическое управление с применением конечных выключателей или путевых переключателей, релейных схем, в том числе построенных на бесконтактных логических элементах) [1, с. 56…64].

Более сложными, но и более совершенными оказываются замкнутые системы (рис.1.1,б). Здесь в процессе работы средства управления (СУ) учитывается фактическое состояние объекта (ТОУ), и на этой основе вырабатываются необходимое воздействия на объект.

Информация о состоянии объекта поступает по каналу обратной связи, обычно реализуемой через контрольно-измерительные приборы. В свою очередь, управляющие воздействия передаются по каналу прямой связи с использованием различных исполнительных устройств.

2)По виду вспомогательной энергии, расходуемой на процесс управления, САУ подразделяются на электрические (в том числе, - электронные), гидравлические, пневматические и комбинированные.

3)По характеру передачи воздействий между звеньями встречаются системы непрерывного и периодического действия. Если воздействия передаются через заранее заданные интервалы времени, то системы называют импульсными.

По замкнутой схеме строятся, в частности, системы автоматического регулирования (САР).

Регулированиям принято называть такой частный вид управления, при котором выход объекта – основной технологический параметр – поддерживается вблизи заданного значения или изменяется по некоторому заданному закону.

Известны следующие разновидности САР:

а) Стабилизирующие системы, у которых заданное значение выхода объекта, устанавливаемое персоналом согласно технологии производства, сохраняется постоянным до следующего изменения, соответственно технологическим требованиям.

б) Системы программного регулирования, обеспечивающие изменение заданного значения выхода объекта по требуемому закону во времени;

в) Системы оптимизирующего регулирования, где необходимое значение выхода объекта заранее не задается, но в процессе работы системы путем пробного воздействия на объект в различных направлениях этот выход приводится к своему экстремуму (максимуму, или минимуму), в зависимости от особенностей объекта.

Средство управления в составе САР приобретает вид автоматического регулятора.

1. Функциональная блок-схема САР Варианты построения системы авторегулирования (рис.2.1, а и б) различаются ролью в ней вторичного измерительного прибора.

В первом варианте (рис.2.1, а) этот прибор служит передаточным звеном в цепи обратной связи, а во втором (рис.2.1, б) – вынесен из замкнутого контура воздействий и сохраняет лишь контрольные функции. Как следует из ранее рассмотренного рис. 1.2, здесь состав звеньев САР проработан более детально (табл. 2.1.) – путь от простого к более сложному в процессе обучения.

На рис. 2.1, приняты следующие обозначения:

xР – вход регулятора;

yР – выход регулятора;

x0 – управляемый вход объекта;

z – возмущение.

Под возмущением понимают любой фактор, воздействующий на объект извне (независимо от данной системы) и вызывающий отклонение выхода объекта от его заданного значения.

Промышленные образцы автоматических регуляторов обычно содержат в одном блоке элемент сравнения и усилитель. Элемент сравнения выявляет сигнал рассогласования заданного yоз и фактического yо значений выхода объекта. Этот сигнал служит входом регулятора xР = y0З – y0. (2.1) Сигнал xР усиливается с помощью усилителя до уровня, необходимого для приведения в действие исполнительного механизма.

Последний осуществляет перемещение регулирующего органа для непосредственного воздействия на объект.

Рис.2.1 Функциональная блок – схема САР Для лучшего понимания изложенного рассмотрим следующий, достаточно наглядный пример. Пусть объектом является некоторая металлургическая печь, отапливаемая газообразным топливом, предназначенная для нагрева или плавления металла. Выход такого объекта y0 температура в рабочем пространстве печи.

Вообще этот выход зависит от расхода топлива, являющегося входом объекта x0.

Однако в процессе работы печи практически неизбежны технологические возмущения z в виде загрузки в печь свежих – холодных Таблица 2.Звенья САР и их общая характеристика Звено Выполняемые функции 1 Датчик (первичный измери- Измерение фактического знательный прибор) чения выхода объекта с пере дачей соответствующего сигна ла на вторичный прибор или непосредственно на регулятор Вторичный измерительный Индикация или регистрация прибор фактического значения выхода объекта Задатчик (задающее устройст- Формирование сигнала заданво) ного значения выхода объекта.

Регулятор (функционально за- Формирование воздействия на конченный блок). объект, часто с применением дополнительной обратной связи Исполнительный механизм Привод регулирующего органа Регулирующий орган. Реализация воздействия регу лятора на вход объекта Дополнительная обратная Формирование требуемого алсвязь. горитма (закона) регулирования.

порций металла, колебаний давления топлива и воздуха в заводских магистралях, возможных изменений качества топлива и пр.

Поэтому для оценки выхода рассматриваемого объекта справедливо выражение:

у0 = 1(x0, z, t), (2.2) где t – время.

Отклонения температуры от заданной по условиям нормального режима термообработки металла или плавки регулятор компенсирует соответствующим изменением расхода топлива (увеличением, если температура оказалась ниже заданной, и наоборот).

Регулирующим органом в этом случае служит дроссельная заслонка 1 в трубопроводе 2 подачи топлива в печь (рис.2.2).

1 y0 = 100, % ° y0 = Рис.2.1. Пример регулирующего органа Степень открытия заслонки в данном примере является выходом регулятора yР. Если величины yР и x0 выражать в долях или процентах от их максимальных значений, то имеет место равенство:

ур = х0. (2.3) Для привода заслонки может быть использован любой из известных исполнительных механизмов:

а) электрический (электродвигатель с выходным регулятором);

б) гидро – или пневмоцилиндр, в котором поршень перемещается под давлением жидкости или сжатого воздуха, соответственно.

3. Свойства технологических объектов управления В наиболее наглядной форме общее представление о свойствах объектов дают его кривые разгона, которые для наиболее часто встречающихся металлургических объектов представлены на рис.

3.1. Каждая из таких кривых является графиком изменения во времени выхода объекта – у0 в ответ на ступенчатое изменение входа в начальный момент времени t0 на величину x0.

Эти кривые могут быть сняты экспериментально – хронометрированнием процесса изменения выхода отдельно взятого (без регулятора) объекта после приложения входного воздействия – включения подачи топлива в печь или замыкания рубильника в цепи электропитания при электрическом нагреве. Такой подход широко распространен при работе с металлургическими объектами, характерными свой сложностью и далеко не всегда определимыми как причинно-следственными связями между составляющими их элементами, так и выделением отдельных звеньев из состава объекта.

В табл.3.1 представлены динамические параметры объектов в следующих условных обозначениях:

K0 – передаточный коэффициент статического объекта, ед.вых./ ед.вх.;

Т – постоянная времени статического объекта первого порядка, ед.времени;

0 – чистое запаздывание, ед.времени;

A1, А2 – коэффициенты;

K0 – условный передаточный коэффициент астатического объекта, ед.вых./(ед.вх.· ед.времени);

T – условная постоянная времени астатического объекта, ед.вх.·ед времени / ед.вых;

T* – постоянная времени «замедления» для астатического объекта, ед.времени;

Рис. 3.1. Кривые разгона объектов Каждой из кривых разгона 1 … 6 (рис.3.1) соответствует определенное дифференциальное уравнение как динамическая математическая модель процесса изменения выхода объекта во времени [2], ч.2, с 71 … 110. И обратно, – если известно дифференциальное уравнение объекта, то формулу кривой разгона всегда можно найти как решение данного дифференциального уравнения при нулевых (или иных) начальных условиях.

Таблица 3.Сравнительная характеристика объектов График кривой Дифференциальное Формула кривой разгона Объект разгона уравнение объекта t Статиче- 1 (рис. 3.1, а) dy0 T T + y0 = K0 x0 (A) y0(t)=x0 (1- e ) ский 1-го dt порядка t Статиче- 2 (рис.3.1, а) d2y0(t) dy0(t) A3 AA2 + A1 + y0(t)= yt)=K0(1 - e + ( ский 2-го dt2 dt A3 - Aпорядка = K0 dx0(t -0) (B) t A4 A+ e ) A3 - AТо же – с 3 (рис. 3.1, а) То же – со сдвигом на d2y0(t) dy0(t) A2 + A1 + y0(t)= чистым запо ходу времени относиdt2 dt паздыванительно x= K0 dx0(t -0) (C) ем Астатиче- 4 (рис.3.1, б) dy0 xT = x0 y(t)= t (D) ский 1-го dt T порядка t Астатиче- 5 (рис.3.1, б) d2y0 dyT* T* + = K0x0 (E) yt)= K0 x0 t - T* (1- e ) ( [ ] ский 2-го dt2 dt порядка То же – с 6 (рис.3.1, б) То же – со сдвигом на d2y0(t) dy0(t) T* + =по ходу времени относичистым заdt2 dt павдыванительно x= K0x0(t - 0) (F) ем При визуальной оценке кривых разгона в простых (скорее, - идеализированных ) случаях возможный вид дифференциального уравнения определяется достаточно точно (табл. 3.1).

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.