Классификация систем регулирования

Автоматизация производственных процессов.

Лекция №1

Литература:

1. Андреев А.П. «Автоматизация процессов добычи и подготовки нефти и газа», 2008 г.

УДК 658.52.011-56

2. Андреев А.П. «Технологические средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности».

3. Андреев А.П. «Программные средства систем управления технологическими процессами нефтяной и газовой промышленности».

Иерархия уровней АСУ ТП.

Под технологическим объектом управления (ТОУ) можно понимать какой-то технологический аппарат какой-то технологический объект.

Управление – целенаправленное воздействие на ТОУ, котороеобеспечивает его функционирование в нужном режиме и оценивается величиной критерия управления. Может иметь экономическую или технологическую природу.

Регулирование –частный случай управления, стабилизация технологического параметра (поддержание параметра на заданном оперативном значении).

Первое, что нужно сделать для оптимизации производства – получить информацию о технологических параметрах. В качестве технологических параметров может выступать температура (t), давление (P), расход (F), уровень (L), какой-либо показатель качества (Q).

Необходимо вычислить управляющее воздействие и оптимальный технологический процесс. Затем все это необходимо реализовать на специальных технических устройствах. Для автоматизации используется три уровня управления.

АСУТП

ОПС – 2 уровень (АРМ, ПО)

Локальные системы - 1 уровень (САУ, ПЛК, ПО)

ТОУ (ИП, ИУ)

↑- информационные потоки

↓ - управляющие потоки (говорят о том, как вести технологический процесс)

ОПС – оперативные производственные службы;

ЛС – локальные системы (человека нет);

ТОУ - технологический объект регулирования;

Сокращения:

АРМ – автоматизированное рабочее место.

ПО – программное обеспечение.

САУ – системы автоматического регулирования.

ПЛК – программируемый логический контроллер.

ИУ – исполнительное устройство.

ИП – измерительные преобразователи.

Уровень 1. Локальные системы управления.

Локальные системы решают задачу стабилизации технологического параметра или поддержания параметра на заданном значении, которое задается технологом-оператором (например, Т = Т0, где Т – текущее значение параметра, Т0 – заданное значение). Средствами стабилизации являются программируемые логические контроллеры (ПЛК) и автоматические регуляторы. В локальных системах работают автоматические системы управления.

Уровень 2. Автоматизированные системы управления технологическими параметрами (АСУТП).

На этом уровне решаются оптимизационные задачи, при решении которых широко используется математический аппарат и вычислительная техника.

Автоматизированная система – присутствие человека обязательно.

Автоматическая система – все решает контроллер.

Автоматизированная система управления предприятием (АСУП)

Здесь решаются чисто экономические задачи, используется вычислительная техника.

В настоящее время строятся системы с использованием АСУТП и основная система – это система SCADA. SCADA система – это система сбора данных и супервизорного управления. Система SCADA – многоуровневая система.

На верхнем уровне есть главный центр управления. Он получает информацию об удаленных технологических объектах управления и обеспечивает оператору графический материал, выдает данные об изменениях в технологическом процессе, а так же сохраняет информацию обо всех изменениях технологического процесса. В сложных системах используется региональный центр управления. Он получает информацию из локальной системы и передает в главный центр управления.

Локальные системы.

В локальных системах работают системы автоматического регулирования, а, кроме того, системы логического управления

Структурная схема объекта регулирования.

ОР

X – вход объекта;

Y– регулируемый параметр (параметр, который необходимо стабилизировать);

Z – внешнее воздействие, влияющее на Y;

Разомкнутые системы регулирования:

Yо

АУ

ОР

Замкнутые системы регулирования:

Yо

АУ

ОР

Yсравнивается с заданным значением Yо.

Лекция №2.

Классификация систем регулирования.

Системы автоматического регулирования могут работать по нескольким принципам регулирования:

· по принципу регулирования по отклонению;

· принцип регулирования по возмущению;

· комбинированный принцип.

САР по отклонению:

ОР

ПЛК

Yо

Для того, чтобы система работала, нужно, чтобы было отклонение Yот Yо. ПЛК вырабатывает X независимо от количества отклонений.

Z₁

Z_n

Z₂

САР по возмущению:

ПЛК

ОР

Zр

ПЛК снимает основное возмущение Z₁. Более быстрое устройство.

ПЛК

Комбинированная система:

ПЛК

ОР

Yо

∑

Z₁

Z₂

Z_n

Z₁₀

сумматор

Классификация систем регулирования:

1. По числу контуров:

· одноконтурные;

· многоконтурные.

2. По количеству параметров регулирования:

· одномерные системы регулирования

· многомерные

3. По назначениюY0:

· система стабилизации (Y0 = const);

· программное управление (Y0 = f(t));

· следящие системы (Y0 = f(Y1)).

По характеру регулирующего воздействия:

ПЛК

Xр

Y₀

· непрерывные (аналоговые);

· релейные;

· импульсные.

В аналоговых непрерывное изменение входной величины Yнепрерывно меняется выходная Xр.

Релейные системы – имеется релейный элемент, он непрерывную величину преобразует в дискретную величину. Релейные системы быстрее.

В импульсных системах имеется элемент, который вырабатывает импульсы определенной длительности.

Структурная схема САР:

1. Измерительный преобразователь (ИП);

2. Нормированный преобразователь;

3. Датчик;

4. Контроллер или автоматический регулятор;

5. Исполнительное устройство.

Исполнительный преобразователь – для измерения регулируемого параметра и преобразование его в сигнал.

ИУ

Y_сигн

Нормированный преобразователь –предназначен для преобразования какого-то сигнала в стандартный сигнал.

ИУ

Y_сигн

Y_станд

Датчик – прибор, 2 функции:

· Измеряет параметр

· Преобразует его в стандартный сигнал

Д = ИП + ИП_р

Y_станд

∑

Программируемый логический контроллер. На него для регулирования одного параметра поступает 2 сигнала - текущее значение параметра и заданное значение параметра, которое задает оператор, используя АРМ. ПЛК сравнивает текущее значение с заданным и определяет отклонение текущего от заданного параметра. ПЛК вырабатывает регулирующее воздействие, которое всегда направлено на то, чтобы привести текущее значение к заданному значению.

ПЛК