Автоматизированные системы управления химико- технологическими

Автоматизированные
системы управления
химикотехнологическими
процессами
Доцент, к.т.н., Вильнина Анна Владимировна
1
Методы определения свойств ОУ
 Аналитический метод - составление математического
описания объекта.
 Экспериментальный метод – определение характеристик
объекта путем постановки эксперимента .
 Экспериментально-аналитический – составление
уравнений, на анализе явлений происходящих в исследуемом
объекте.
2
Статические и динамические свойства ОУ
Переходная характеристика (кривая разгона)
3
Статические свойства ОУ
 Коэффициентом усиления называется величина,
показывающая, во сколько раз данное звено усиливает
входной сигнал (в установившемся режиме)
Динамические свойства ОУ
 Установившееся значение выходной величины Хуст - это
значение Х при t → ∞
 Емкостное запаздывание зависит от емкости объекта
регулирования
 Транспортным (динамическим) запаздыванием τd
называется промежуток времени от момента изменения
входной величины У до начала изменения выходной
величины Х
 Постоянная времени обьекта Т
4
Основные законы регулирования
Закон регулирования – это математическая зависимость, с
помощью которой определяется регулирующее воздействие
u(t) по сигналу рассогласования e(t).
∆𝑢 𝑡 = 𝑓 𝑒(𝑡)
5
Основные законы регулирования
По характеру изменения регулирующего воздействия
различают линейные и нелинейные законы регулирования.
В технике автоматического регулирования нашли
применение следующие непрерывные линейные законы
регулирования:
– пропорциональный (П);
– интегральный (И);
– пропорционально-интегральный (ПИ);
– пропорционально-дифференциальный (ПД);
– пропорционально-интегрально-дифференциальный
(ПИД).
Реализующие названные законы регулирования АР
называют соответственно П-, И-, ПИ-, ПД- и ПИДрегуляторами.
6
Основные законы регулирования
Пропорциональный закон регулирования
Постоянную kp называют коэффициентом передачи
регулятора
Рабочая точка Y0 определяется как значение выходного
сигнала, при котором рассогласование регулируемой
величины равно нулю.
7
Основные законы регулирования
Интегральный закон регулирования
Постоянную Т называют постоянной времени
интегрирования.
8
Основные законы регулирования
Пропорционально-интегральный закон регулирования
9
Основные законы регулирования
Пропорционально-интегрально-дифференциальный
закон регулирования
Постоянные 𝑇𝑢 и 𝑇𝑑, соответственно, называют
постоянными времени интегрирования и дифференцирования.
10
Основные законы регулирования
Переходные характеристики САР
11
Основные законы регулирования
Нелинейные законы регулирования: релейные –
двухпозиционные и трехпозиционные
12
Основные законы регулирования
Нелинейные законы регулирования: релейные –
двухпозиционные и трехпозиционные
13
Основные законы регулирования
Принцип работы трехпозиционного регулятора
14
Выбор типа регулятора
Необходимо знать:
1. Статические и динамические характеристики объекта
управления.
2. Требования к качеству процесса регулирования.
3. Показатели качества регулирования для серийных
регуляторов.
4. Характер возмущений, действующих на процесс
регулирования.
Закон регулирования
П
ПИ ПИД
6.5
12
7
15
Выбор типа регулятора
ПИ-регулятор, который обладает следующими
достоинствами:
1. Обеспечивает нулевую статическую ошибку
регулирования.
2. Достаточно прост в настройке, т.к. настраиваются только
два параметра, а именно коэффициент усиления и
постоянная интегрирования . В таком регуляторе имеется
возможность оптимизации , что обеспечивает управление с
минимально возможной средне-квадратичной ошибкой
регулирования.
3. Малая чувствительность к шумам в канале измерения (в
отличии от ПИД-регулятора).
16
Выбор типа регулятора
релейный, непрерывный или цифровой регуляторы
непрерывный или цифровой, ПИ- или ПИД-регулятор.
использовать многоконтурные системы управления
17
Выбор типа регулятора
Каскадная САР
18
Исполнительное устройство
ГОСТ 14691-69 Устройства исполнительные для систем
автоматического регулирования. Термины
Исполнительное устройство - устройство системы
автоматического управления или регулирования,
воздействующее на процесс в соответствии с получаемой
командной информацией.
Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного механизма
и регулирующего органа и может оснащаться дополнительными блоками.
Исполнительный механизм (ИМ)- механизм, являющийся
функциональным блоком, предназначенным для управления
исполнительным органом в соответствии с командной
информацией.
В системах автоматического регулирования сред исполнительный
механизм предназначен для перемещения затвора регулирующего органа
под воздействием сигнала от управляющего устройства.
19
Классификация ИМ
По виду потребляемой энергии ИМ подразделяются:
• электрические;
• пневматические;
• гидравлические.
По характеру и назначению работы
• работающие по дискретному принципу "открыто" закрыто";
• работающие по закону непрерывной функции;
• исполнительные механизмы следящего и программного
действия.
20
Электрические ИМ
Электрические ИМ по принципу действия подразделяются
на электромагнитные и электродвигательные.
Электродвигательные ИМ
делятся на многооборотные и
однооборотные и состоят из
 электродвигателя,
 понижающего механического
редуктора,
 узлов блокировки и
 дистанционной передачи
сигнала положения
регулирующего органа.
21
Электрические ИМ
Характеристики электрических ИМ:
 время полного хода клапана
 время инерции
 люфт
 минимальное время импульса управления
 минимальная временная пауза между командами на
изменение направления движения
22
Электрические ИМ
Электромагнитные исполнительные механизмы
23
Пневматический и гидравлические ИМ
Подразделяются на поршневые и мембранные.
24
Виды РО








Заслоночный регулирующий орган
Односедельный регулирующий орган
Двухседельный регулирующий орган
Трехходовой регулирующий орган (смесительный,
разделительный)
Шланговый регулирующий орган
Диафрагмовый регулирующий орган
Затвор
Седло
25
Виды РО
Дроссельные РО
26
Характеристики РО









Пропускная способность (
)
Условная пропускная способность
Начальная пропускная способность
Минимальная пропускная способность
Максимальная действительная пропускная способность
Диапазон изменения пропускной способности
Пропускная характеристика
Линейная пропускная характеристика
Равнопроцентная пропускная характеристика
27
Характеристики РО








Рабочая расходная характеристика
Ходовая характеристика
Конструктивная характеристика
Негерметичность исполнительного устройства
Условный ход ( )
Действительный ход (
)
Приведенный ход (
)
Основная приведенная погрешность
 Вариация хода штока
 Порог чувствительности исполнительного устройства
 Рассогласование хода
28
Характеристики РО
Ходовые характеристики исполнительных устройств с
пружинными (мембранными и поршневыми)
исполнительными механизмами
29