Принципы и виды автоматизации управления

1 2 3 4 5 6 7

Глава 1. Элементы автоматизированных систем

Введение

Содержание

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

СИСТЕМ

АВТОМАТИЗАЦИЯ

Лектор доцент Бурьяноватый Аркадий Иванович

Выполнил студент группы ЭС-205 Петров Алексей Викторович

Санкт-Петербург

Введение

Глава 1. Элементы автоматизированных систем

1.1. Структура автоматизированной системы управления

1.1.1. Принципы и виды автоматизации управления

1.1.2. Структуры систем управления

1.1.3. Структурная схема технических средств АСУ

1.2. Функциональные устройства АУ

1.2.1. Реле

1.2.2. Динамические звенья САУ

1.2.3. Устойчивость САУ

Курс лекций прочитан в 2005-2006 годах на потоке специальности Электроснабжение железных дорог. Учебный план по дисциплине приведен в таблице В.1. При подборе материала были учтены современные тенденции в организации систем автоматического управления, в частности, широкое применение микропроцессорных устройств и использование достижений техники связи для обеспечения обмена информацией между распределенными системами.

Таблица В.1

Учебный план

Курс			Всего
Семестр
Ауд., час
Лекции, час
Лаб. работы, час		–
Курс. проект	–		–
Самостоят.работа,час
Итого, час.

Условно в курсе разделяется на три части, по одной части в каждом семестре. Распределение лекционного материала по частям приведено в таблице В.2

Таблица В.2

Часть 1 (34 часа)	Часть 2 (16 часов)	Часть 3 (32 часа)
• структура АСУ	• Диспетчеризация и SCADA-системы	•Автоматическое рабочее место энергодиспетчера
• реле	• АСКУЭ	•Автоматические устройства и системы
• динамические звенья автоматических систем	• ЛИСНА	• Интеллектуальные терминалы присоединений
• аналоговые устройства	• МСТ 95	• Линейная автоматика электрических сетей
• основы теории передачи сигналов.	• АСТМУ	• Противоаварийная автоматика
• кодирование и модулирование		• Системы передачи данных

Основная литература для изучения курса:

Автоматизация систем электроснабжения / под ред. Сухопрудского Н.Д.. – М.: Транспорт, 1990. – 359 с.
Основы автоматического регулирования и управления/ Под ред. В.М.Пономарева, А.П. Литвинова.– М.: Высшая школа, 1974.– 439 c.
Почаевец В.С. Автоматизированные системы управления устпройствами электроснабжения железных дорог. – М.: Маршрут, 2003. – 318 с..
Беркович М.А. и др. “Основы автоматизации энергосистем” – М.: Энергоиздат,.1981. – 432 с

1.1.Структура автоматизированной системы управления

Управление – целенаправленное воздействие на объект, направленное на поддержание или перевода объекта в требуемое состояние, в соответствии с целью управления. Управление подразделяется на автоматическое (без участия человека) и автоматизированное (с участия человека).

Выделим 2 типа автоматизированных систем управления АСУ. Первый тип принято называть АСУ предприятия. Такие АСУ содержат множество подсистем и включают хозяйственное, финансовое, административное, технологическое управление. В рамках данного курса этот вид систем управления рассматриваться не будет. Второй тип называют автоматизированные системы технологического процесса АСУ ТП. В излагаемом курсе в основном будут рассматриваться различные аспекты именно этого вида систем управления. Основное внимание будет уделяться системам управления в режиме реального времени (регулирование напряжения, мощности, управление схемой системы тягового электроснабжения). Такие системы принято называть SCADA-системами.

В общем случае согласно Инструкции по переключениям в электроустановках и стандарта МЭС 441-16-13 различают следующие виды управления:

Дистанционное управление – управление коммутационным аппаратом с удаленного на безопасное расстояние поста (щита, пульта) управления.

Местное управление - управление коммутационным аппаратом от местной кнопки или ключа управления, расположенного вблизи коммутационного аппарата

Ручное управление - управление только путем прямого приложения физической энергии оператора. Для зависимого привода - скорость и сила оперирования зависит от оператора, для привода независимого действия – не зависит.

На рис. 1 приведена структурная схема автоматизированной системы управления, находящейся под воздействием окружающей среды. Слева направо обозначены воздействия на объект управления, Справа налево – сигналы обратной связи. В объекте управления ОУ обычно выделяют исполнительные органы ИО и датчики Д. Существенным фактором, который необходимо учитывать в системах управления является воздействие окружающей среды ОС (показано стрелками сверху вниз). Эти возмущающие воздействия могут исказить информацию, циркулирующую в системе (внести помеху в сигнал управления или сигнал обратной связи). Поэтому в общем случае U≠U’ и это вызывает проблемы в управлении, особенно в случае, когда управляющий орган удален от объекта управления на значительное расстояние, как это имеет место в устройствах электроснабжения железных дорог.

Рис.1. Структурная схема автоматизированной системы управления

• ОУ – объект управления;

• ИО – исполнительный орган;

• Д – датчик;

• Z – цель управления;

• УО – управляющий орган;

• КС – канал связи;

• ОС – окружающая среда;

• X₁, X₂, Х₃ – воздействия окружающей среды (возмущающие воздействия, помехи);

• Y, Y’ – истинная и искаженная информация о состоянии объекта управления;

• U, U’ – заданное и искаженное управляющие воздействия;

Кроме автоматического управления объект может иметь управление, осуществляемое оператором. Пример системы управления фидером 10 кВ показан на рис. 2. Объект управления (линия W) представлен выключателем Q, снабженным электромагнитами включения YAC и отключения YAT. Состояние выключателя (включен или отключен) контролируется вспомогательными замыкающими и размыкающими контактами выключателя, датчиком режима является трансформатор тока TA. Управляющее устройство УО содержит автоматические элементы (на рисунке не показаны). Кроме того, оператор может наблюдать состояние объекта управления по местной сигнализации. Светодиод красного свечения VDR индицирует включенное состояние, сигнальная лампа зеленого цвета HLG – отключенное. Оператор имеет возможность воздействовать на выключатель средствами местного управления. Кнопка нажимного действия с самовозвратом SB_вкл обеспечивает выдачу команды «включить», кнопка SB_котк– «отключить».

Рис.2. Пример структурной схемы управления фидером 10 кВ

Принципы построения автоматических систем различают:

- по характеру используемой информации для выдачи управляющего воздействия:

• по следствию, по отклонению фактического состояния от заданного (по ошибке),

• по причине (по возмущающему воздействию)

компенсация;

программирование;

прогнозируемое. управление.

- по способу организации управляющих воздействий:

• одноконтурные;

• многоконтурные.

На рис.3 приведен пример двухконтурной автоматической системы с управлением по отклонению (по ошибке). В схеме имеется два управляющих органа. Управляющий орган УО1 сравнивает задание Z₁ с сигналом обратной связи Y’₁, отображающим контролируемый параметр Y₁. Воздействие U₁, вырабатываемое УО1 является заданием Z₂для УО2. На основании сравнения задания Z₂и сигнала обратной связи от контролируемого параметра Y’₂ управляющий орган УО2 вырабатывает управляющее воздействие U₂, которое по каналу связи КС в искаженном виде U’₂ достигает объекта управления ОУ2. С этого объекта выходная величина Y₂ поступает на объект управления ОУ2, а также по каналу обратной связи КС2 возвращается на вход управляющего устройства УО2. Элементы УО2, КС, ОУ2, КС2 образуют внутренний, подчиненный контур управления. В целом этот контур можно представить как сложный объект управления ОУ (на рисунке выделен цветным контуром). Элементы УО1, ОУ, КС1 образуют внешний контур управления. Примером двухконтурной системы управления (регулирования) является система поддержания постоянной скорости привода с двигателем постоянного тока [1].