Современный уровень автоматизации технологических процессов (Лекция) | АСУ

Современный уровень автоматизации технологических процессов (Лекция)

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Задачи в области автоматизации

2. Общие сведения о промышленных системах регулирования

1. Задачи в области автоматизации

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (в металлургии, машиностроении, нефтегазовой промышленности и др.) являются высшим этапом комплексной автоматизации и призваны обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показателей производства, а также защиту окружающей среды.

Особенностью построения любой АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, теплотехнических, экологических и управленческих вопросов. Специалист в области разработки АСУТП должен владеть теорией автоматического регулирования и управления, разбираться в конструкциях и основах технологии производственных агрегатов, достаточно свободно ориентироваться в работе ЭВМ, математическом и алгоритмическом обеспечения, уметь правильно применять средства информационной и управляющей техники. Подготовка специалиста базируется на целом ряде дисциплин, таких как «Технология процессов и производств», «Вычислительная техника и программирование», «Теория автоматического управления», «Технические средства автоматики», «Моделирование объектов и систем управления» и др. Дисциплина «Автоматизация технологических процессов и производств» завершает подготовку по автоматизации и поэтому учебно-методический комплекс по этой дисциплине, помимо специальных сведений, содержит материалы из некоторых предшествующих дисциплин.

Развитие современного производства идет по пути создания высокоэффективных промышленных установок, сопровождается интенсификацией технологических и производственных процессов и систем управления ими. При этом постепенно был осуществлен переход от ручного управления технологическими процессами к автоматизированным и далее – к полностью автоматическим.

Все это привело к выделению в науке об управлении самостоятельного раздела, перед которым ставятся задачи разработки методов и систем автоматизации технологических процессов. Эти системы получили название «Автоматизированные системы управления технологическими процессами» (АСУТП).

В эти системы включена большая область систем управления технологическими объектами с разной степенью освобождения человека (оператора) от функций контроля и управления и передачи их автоматическим устройствам.

Автоматизированной системой управления (АСУ) называется человеко-машинная система, обеспечивающая сбор и переработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ технологическими процессами (АСУТП) – это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления. В АСУТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники.

АСУТП проводят общую централизованную обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управления этим процессом, но и преобразуются в форму, пригодную для использования на вышестоящих уровнях управления для решения оперативных и организационно-экономических задач.

2. Общие сведения о промышленных системах регулирования

Производственные процессы характеризуются множеством регулируемых величин: температурой, давлением, расходом, концентрацией и т.д., которые называются параметрами процесса. Чтобы технологическое оборудование работало в требуемом режиме, то есть с высоким КПД, с заданной производительностью, давало продукцию необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины, характеризующие процесс, в большинстве случаев постоянными. Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов.

Промышленные системы регулирования занимают второй уровень современных иерархических систем управления технологическими процессами. Их главная задача состоит в том, чтобы стабилизировать технологические параметры на заданном уровне. Этим занимаются системы автоматической стабилизации. В этих системах сигнал задания (уставка регулятора) остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации, задание которой изменяется от программного задатчика.

В современных технологических комплексах имеются сотни и тысячи контуров регулирования, от качества работы которых во многом зависит качество выдаваемой продукции. Поэтому для большинства промышленных САР необходима достаточно высокая точность их работы (±1÷15 %). При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления. Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления приведена на рисунке ниже.

Рис. Структурная схема САР промышленным объектом управления

Основными элементами ее являются: АР - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, СОУ - собственно объект управления, Д - датчик, НП - нормирующий преобразователь, ЗД - задатчик, ЭС - элемент сравнения.

Обозначение переменных: Y₃ – задающий сигнал, е – ошибка регулирования, U_р –выходной сигнал регулятора, U_y – управляющее напряжение, h – перемещение регулирующего органа, Q_r – расход вещества или энергии, F – возмущающее воздействие, T – регулируемый параметр (например температура), Y_ос– сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя).

Характерной особенностью схемы является наличие нормирующего преобразователя НП, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (0 – 5 mA) или напряжения (0 – 10 В).

Нормирующий преобразователь выполняет следующие функции:

1) преобразует нестандартный входной сигнал (mB) в стандартный выходной сигнал;

2) осуществляет фильтрацию входного сигнала;

3) осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика с целью получения линейного диапазона;

4) применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая термопары.

Для расчетных целей исходную схему упрощают до схемы, показанной на рисунке далее, где АР - регулятор, ОУ - объект управления.

Рис. Расчетная схема САР промышленным объектом управления

Здесь под объектом управления уже понимается неизменяемая часть системы, состоящая из преобразователей сигналов, исполнительного механизма, регулирующего органа, собственно объекта управления и датчика.


	АСУ Современный уровень автоматизации технологических процессов (Лекция) ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Задачи в области автоматизации 2. Общие сведения о промышленных системах регулирования 1. Задачи в области автоматизации Автоматизированные системы управления технологическими процессами (в металлургии, машиностроении, нефтегазовой промышленности и др.) являются высшим этапом комплексной автоматизации и призваны обеспечить существенное увеличение производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции и других технико-экономических показателей производства, а также защиту окружающей среды. Особенностью построения любой АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, теплотехнических, экологических и управленческих вопросов. Специалист в области разработки АСУТП должен владеть теорией автоматического регулирования и управления, разбираться в конструкциях и основах технологии производственных агрегатов, достаточно свободно ориентироваться в работе ЭВМ, математическом и алгоритмическом обеспечения, уметь правильно применять средства информационной и управляющей техники. Подготовка специалиста базируется на целом ряде дисциплин, таких как «Технология процессов и производств», «Вычислительная техника и программирование», «Теория автоматического управления», «Технические средства автоматики», «Моделирование объектов и систем управления» и др. Дисциплина «Автоматизация технологических процессов и производств» завершает подготовку по автоматизации и поэтому учебно-методический комплекс по этой дисциплине, помимо специальных сведений, содержит материалы из некоторых предшествующих дисциплин. Развитие современного производства идет по пути создания высокоэффективных промышленных установок, сопровождается интенсификацией технологических и производственных процессов и систем управления ими. При этом постепенно был осуществлен переход от ручного управления технологическими процессами к автоматизированным и далее – к полностью автоматическим. Все это привело к выделению в науке об управлении самостоятельного раздела, перед которым ставятся задачи разработки методов и систем автоматизации технологических процессов. Эти системы получили название «Автоматизированные системы управления технологическими процессами» (АСУТП). В эти системы включена большая область систем управления технологическими объектами с разной степенью освобождения человека (оператора) от функций контроля и управления и передачи их автоматическим устройствам. Автоматизированной системой управления (АСУ) называется человеко-машинная система, обеспечивающая сбор и переработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ технологическими процессами (АСУТП) – это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления. В АСУТП воплощены достижения локальной автоматики, систем централизованного контроля, электронной и вычислительной техники. АСУТП проводят общую централизованную обработку первичной информации в темпе протекания технологического процесса, после чего информация используется не только для управления этим процессом, но и преобразуются в форму, пригодную для использования на вышестоящих уровнях управления для решения оперативных и организационно-экономических задач. 2. Общие сведения о промышленных системах регулирования Производственные процессы характеризуются множеством регулируемых величин: температурой, давлением, расходом, концентрацией и т.д., которые называются параметрами процесса. Чтобы технологическое оборудование работало в требуемом режиме, то есть с высоким КПД, с заданной производительностью, давало продукцию необходимого качества и работало надежно, необходимо поддерживать величины, характеризующие процесс, в большинстве случаев постоянными. Эта важнейшая задача возложена на промышленные системы автоматического регулирования и стабилизации технологических процессов. Промышленные системы регулирования занимают второй уровень современных иерархических систем управления технологическими процессами. Их главная задача состоит в том, чтобы стабилизировать технологические параметры на заданном уровне. Этим занимаются системы автоматической стабилизации. В этих системах сигнал задания (уставка регулятора) остается постоянным в течении длительного времени работы. Другой, не менее важной задачей, является задача программного управления технологическим агрегатом, что обеспечивает переход на новые режимы работы. Решение этой проблемы осуществляется с помощью той же системы автоматической стабилизации, задание которой изменяется от программного задатчика. В современных технологических комплексах имеются сотни и тысячи контуров регулирования, от качества работы которых во многом зависит качество выдаваемой продукции. Поэтому для большинства промышленных САР необходима достаточно высокая точность их работы (±1÷15 %). При этом главное назначение системы стабилизации - это компенсация внешних возмущающих воздействий, действующих на объект управления. Структурная схема одноконтурной САР промышленным объектом управления приведена на рисунке ниже. Рис. Структурная схема САР промышленным объектом управления Основными элементами ее являются: АР - автоматический регулятор, УМ - усилитель мощности, ИМ - исполнительный механизм, РО - регулируемый орган, СОУ - собственно объект управления, Д - датчик, НП - нормирующий преобразователь, ЗД - задатчик, ЭС - элемент сравнения. Обозначение переменных: Y₃ – задающий сигнал, е – ошибка регулирования, U_р –выходной сигнал регулятора, U_y – управляющее напряжение, h – перемещение регулирующего органа, Q_r – расход вещества или энергии, F – возмущающее воздействие, T – регулируемый параметр (например температура), Y_ос– сигнал обратной связи (выходное напряжение или ток преобразователя). Характерной особенностью схемы является наличие нормирующего преобразователя НП, обеспечивающего работу автоматического регулятора со стандартными значениями тока (0 – 5 mA) или напряжения (0 – 10 В). Нормирующий преобразователь выполняет следующие функции: 1) преобразует нестандартный входной сигнал (mB) в стандартный выходной сигнал; 2) осуществляет фильтрацию входного сигнала; 3) осуществляет линеаризацию статической характеристики датчика с целью получения линейного диапазона; 4) применительно к термопаре, осуществляет температурную компенсацию холодного спая термопары. Для расчетных целей исходную схему упрощают до схемы, показанной на рисунке далее, где АР - регулятор, ОУ - объект управления. . Рис. Расчетная схема САР промышленным объектом управления Здесь под объектом управления уже понимается неизменяемая часть системы, состоящая из преобразователей сигналов, исполнительного механизма, регулирующего органа, собственно объекта управления и датчика.