Schema bloc a controlului automat. Ce este un sistem de control automat, scopul, caracteristicile și schema bloc Caracteristicile tehnice ale sistemului de control automat

Este circuitul de control în modul de colectare a datelor. În acest caz, este conectat la procesul tehnologic într-un mod selectat de inginerul de proces.

Conexiunea se realizează prin asociere cu un obiect (USO). Valorile măsurate sunt convertite în formă digitală. Aceste cantități sunt convertite în unități folosind formulele adecvate. De exemplu, pentru a calcula temperatura măsurată folosind un termocuplu, se poate folosi formula T = A * U2 + B * U + C, unde U este tensiunea la ieșirea termocuplului A, B și C sunt coeficienți; Rezultatele calculelor sunt înregistrate de dispozitivele de ieșire pentru studiul ulterior al procesului tehnologic în diferite condiții de trecere a acestuia. Pe baza acestui lucru, puteți construi sau rafina model matematic proces controlat.

Acest mod nu are un impact direct asupra procesului tehnologic. Aici am găsit o abordare prudentă a implementării metodelor de control în sistemele automate de control al proceselor. Cu toate acestea această schemă utilizat ca unul dintre subcircuitele de control necesare în alte scheme de control al proceselor mai complexe.

În această schemă, sistemul de control al procesului funcționează în ritmul procesului tehnologic. Bucla de control este deschisă, adică ieșirile sistemului de control al procesului nu sunt conectate la organele care controlează procesele tehnologice operator-tehnolog primirea de recomandări de la un computer.

Toate acțiunile de control necesare sunt calculate de computer în conformitate cu modelul de proces tehnologic, rezultatele calculului sunt furnizate operatorului în formă tipărită (sau sub formă de mesaje pe afișaj Operatorul controlează procesul prin modificarea setărilor).

Regulatoarele sunt mijloace de menținere a controlului optim al procesului. Operatorul joacă rolul de monitor și manager, ale cărui eforturi sistemul automatizat de control al procesului le îndreaptă continuu și precis spre optimizarea execuției procesului tehnologic.
Principalul dezavantaj al acestei scheme de control este prezența unei persoane în lanțul de control. Cu un număr mare de variabile de intrare și ieșire, o astfel de schemă de control nu poate fi utilizată din cauza capacităților psihofizice limitate ale unei persoane. Cu toate acestea, acest tip de control are și avantaje. Ea satisface o abordare prudentă a noilor metode de management.

Modul consilier oferă oportunități bune de testare a noilor modele de proces. Sistemul de control al procesului poate monitoriza apariția situațiilor de urgență, astfel încât operatorul să poată acorda mai multă atenție lucrului cu instalațiile, iar sistemul de control al procesului poate monitoriza un număr mai mare de situații de urgență decât operatorul.

Management de supraveghere.

În această schemă, sistemul de control al procesului este utilizat într-o buclă închisă, adică setările controlerelor sunt specificate direct de sistem.

1. Managementul transport automat si depozit. Într-un astfel de sistem, computerul emite adresele celulelor cu rafturi, iar sistemul local de automatizare a stivuitoarelor procesează mișcarea acestora în conformitate cu aceste adrese.
2. Managementul cuptorului de topire. Calculatorul generează valori de referință pentru a controla modurile de funcționare ale cuptoarelor electrice, iar automatizarea locală, bazată pe comenzile computerului, controlează comutatoarele transformatorului.
3. Masini-unelte cu comanda numerica.

Control digital direct.

În modul control digital direct(NTS) semnalele utilizate pentru acționarea elementelor de control provin din sistemul automat de control al procesului, iar regulatoarele sunt complet excluse din sistemul de control. Regulatoarele sunt calculatoare analogice care rezolvă o singură ecuație în timp real, de exemplu de acest tip:

unde y poate indica poziția supapei; k0, k1, k2, k3 – parametrii de setare, datorită cărora regulatorul poate fi configurat să funcționeze în diferite moduri X – diferența dintre valoarea măsurată și valoarea de referință; Dacă X nu este =0, atunci este necesară mutarea corpului de control pentru a aduce procesul în modul specificat.

Dacă regulatorul folosește primii doi termeni ai ecuației pentru funcționarea sa, atunci se numește Dacă se folosesc primii trei termeni, atunci regulatorul este proporţional-integral, iar dacă toți sunt termeni ai ecuației, atunci regulatorul este proporţional-integral-derivat.

Conceptul NCU vă permite să înlocuiți regulatoarele cu un punct de referință prestabilit. Sunt calculate impacturi reale, care sunt transmise direct organelor de control sub forma unor semnale adecvate. Diagrama NCU este prezentată în figură:

Denumirile introduse:
OO - obiect gestionat
D – senzor.

Setările sunt introduse în ACS de către operator sau computerul care efectuează calcule pentru a optimiza procesul. Operatorul trebuie să fie capabil să modifice setările, să controleze unele variabile selectate, să modifice intervalele de modificări permise ale variabilelor măsurate, să modifice setările. , și trebuie să aibă și acces la programul de control. Unul dintre principalele avantaje ale modului NCU este capacitatea de a schimba algoritmii de control prin efectuarea de modificări în programul de control. Principalul dezavantaj al schemei de control digital direct este posibilitatea sistemului în caz de defecțiune a computerului.

În general schema bloc sistem cu un singur circuit control automat prezentate în Figura 1.1. Un sistem de control automat este format dintr-un obiect de automatizare și un sistem de control pentru acest obiect. Datorită unei anumite interacțiuni între obiectul de automatizare și circuitul de control, sistemul de automatizare în ansamblu oferă rezultatul necesar al funcționării obiectului, caracterizându-i parametrii și caracteristicile de ieșire.

Fiecare proces tehnologic este caracterizat de anumite mărimi fizice (parametri). Pentru progresul rațional al procesului tehnologic, unii dintre parametrii acestuia trebuie menținuți constant, iar unii trebuie modificați conform unei anumite legi. La operarea unui obiect controlat de un sistem de automatizare, sarcina principală este menținerea condițiilor raționale pentru procesul tehnologic.

Să luăm în considerare principiile de bază ale construirii structurilor sistemelor locale de control automat. Cu controlul automat, de regulă, sunt rezolvate trei tipuri de probleme.

Primul tip de sarcină include menținerea unuia sau mai multor parametri tehnologici la un anumit nivel. Sistemele de control automat care rezolvă probleme de acest tip se numesc sisteme de stabilizare. Exemple de sisteme de stabilizare includ sistemele de reglare a temperaturii și umidității în unitățile de aer condiționat, a presiunii și temperaturii aburului supraîncălzit în centralele, controlul vitezei în turbinele cu abur și gaz, motoarele electrice etc.

Al doilea tip de sarcină presupune menținerea corespondenței între două mărimi dependente sau una dependentă și alte cantități independente. Sistemele care reglează rapoartele se numesc sisteme de urmărire automată, de exemplu, sisteme automate pentru reglarea raportului „combustibil - aer” în procesul de ardere a combustibilului sau raportul „debit de abur - debit de apă” la alimentarea cazanelor cu apă etc.

Al treilea tip de problemă implică schimbarea unei variabile controlate în timp conform unei anumite legi. Sistemele care rezolvă acest tip de problemă se numesc sisteme de control al programelor. Un exemplu tipic al acestui tip de sistem este un sistem de control conditii de temperaturaîn timpul tratamentului termic al metalului.

ÎN ultimii ani sistemele automate extreme (de căutare) sunt utilizate pe scară largă, asigurând efectul maxim pozitiv al funcționării unui obiect tehnologic atunci când costuri minime materii prime, energie etc.

Ansamblu de mijloace tehnice cu ajutorul cărora una sau mai multe cantități reglementate, fără participarea unui operator uman, sunt aduse în conformitate cu valorile lor constante sau specificate variind conform unei anumite legi prin generarea unui impact asupra cantităților reglementate. ca urmare a comparării valorilor lor reale cu cele date, se numește sistem de control automat (ACP) sau sistem de control automat. Din definiție rezultă că în caz general Cel mai simplu ASR ar trebui să includă următoarele elemente:

obiect de control (OU), caracterizat printr-o variabilă controlată x n. x(t);

aparat de masura(IU), care măsoară variabila controlată și o transformă într-o formă convenabilă pentru conversie ulterioară sau pentru transmisie la distanță;

un dispozitiv master (SD), în care este instalat un semnal de referință care determină valoarea setată sau legea de modificare a variabilei controlate;

un dispozitiv de comparare (CD), în care valoarea reală a variabilei controlate x este comparată cu valoarea prescrisă g(t) și,

este detectată abaterea (g(t)- x(t));

un dispozitiv de control (RU), care generează, la primirea unei abateri (ε) la intrarea sa, o acțiune de reglementare care trebuie aplicată obiectului controlat pentru a elimina abaterea existentă a mărimii controlate x de la valoarea prescrisă g (t);

mecanism de acţionare (AM). La ieșirea centralei reactoare, influența de reglare are o putere mică și este emisă într-o formă care, în general, nu este potrivită pentru influența directă asupra obiectului reglementării. Este necesar fie să se întărească influența de reglementare, fie să o transforme într-o formă convenabilă x p. În acest scop se folosesc actuatoare speciale, care sunt dispozitivele de ieșire ale actuatorului elementului de reglare;

autoritatea de reglementare (RO). Actuatoarele nu pot influența direct variabila controlată. Prin urmare, obiectele reglementării sunt dotate cu organisme de reglementare speciale RO, prin care IM influențează variabila reglementată;

linii de comunicație prin care semnalele sunt transmise de la element la element într-un sistem automat.

Ca exemplu, să luăm în considerare o diagramă bloc mai mare a controlului automat (Figura 1.1). În diagramă, parametrii de ieșire - rezultatul funcționării obiectului controlat, sunt desemnați x 1, x 2, ……… x n. Pe lângă acești parametri principali, funcționarea obiectelor de automatizare este caracterizată de o serie de parametri auxiliari (y 1, y 2,.......y n), care trebuie monitorizați și reglați, de exemplu, menținuți constant.

Figura 1.1. Schema bloc a controlului automat

În timpul funcționării, obiectul de control primește influențe perturbatoare f1.... fn, provocând abateri ale parametrilor x1.......xn de la valorile lor raționale. Informațiile despre valorile curente x tek și y tek intră în sistemul de control și sunt comparate cu valorile lor prescrise (valori de referință) g1...... gn, în urma cărora sistemul de control exercită acțiuni de control E1. ....En pe obiect, care vizează compensarea abaterilor parametrilor de ieșire curent de la valorile date.

Conform structurii sistemelor de control automat pentru un obiect de automatizare, în cazuri particulare, acestea pot fi centralizate pe un singur nivel, descentralizate pe un singur nivel și pe mai multe niveluri. În același timp, sistemele de control cu ​​un singur nivel sunt sisteme în care obiectul este controlat dintr-un punct de control sau din mai multe puncte independente. Sistemele cu un singur nivel în care controlul se realizează dintr-un singur punct de control se numesc centralizate. Sistemele cu un singur nivel, în care părțile individuale ale unui obiect complex sunt controlate din puncte de control independente, sunt numite descentralizate.

2.2 Funcțional – scheme tehnologice control automat

Schema funcțională și tehnologică - principală document tehnic, care determină structura blocului funcțional a dispozitivelor unităților și elementelor sistemului de control automat, reglarea procesului tehnologic (operațiilor) și controlul parametrilor acestuia, precum și dotarea obiectului de control cu ​​dispozitive și echipamente de automatizare. Schemele sunt adesea numite, de asemenea, simplu scheme de automatizare. Compoziția și regulile de implementare sunt dictate de cerințele standardelor (vezi capitolul 1).

Schema de automatizare funcțională și tehnologică este realizată într-un singur desen, pe care simbolurile reprezintă echipamente tehnologice, linii și conducte de transport, echipamente de instrumentare și automatizare, indicând conexiunile dintre ele. Dispozitivele auxiliare (surse de alimentare, relee, întrerupătoare, întrerupătoare, siguranțe, etc.) nu sunt prezentate pe diagrame.

Diagramele de automatizare funcțională sunt legate de tehnologia de producție și echipamentele tehnologice, prin urmare diagrama prezintă amplasarea echipamentelor tehnologice într-o manieră simplificată, fără a respecta scara, dar ținând cont de configurația efectivă.

Pe lângă echipamentele tehnologice, diagramele de automatizare funcționale în conformitate cu standardele descriu linii de transport pentru diverse scopuri într-o manieră simplificată (două linii) și condiționată (cu o singură linie).

Atât construcția, cât și studiul diagramelor documentației tehnice trebuie efectuate într-o anumită secvență.

Parametrii de proces care sunt supuși controlului și reglării automate;

Structura de management functionala;

Bucle de control;

Disponibilitatea protecției și alarmei și blocarea mecanismului acceptat;

Organizarea punctelor de control și management;

Mijloace tehnice de automatizare, cu ajutorul cărora funcțiile de control, alarmă, reglare automată si management.

Pentru a face acest lucru, trebuie să cunoașteți principiile construirii sistemelor de control automat pentru controlul procesului și imagini convenționale ale echipamentelor de proces, conductelor, instrumentelor și echipamentelor de automatizare, conexiunilor funcționale între dispozitivele individuale și echipamentele de automatizare și să aveți o idee despre natură. a procesului tehnologic şi a interacţiunii instalaţiilor individuale şi unităţilor de echipamente de proces.

Într-o diagramă funcțională, liniile și conductele de comunicație sunt adesea prezentate într-o diagramă cu o singură linie. Denumirea mediului transportat poate fi fie digitală, fie alfanumeric. (De exemplu: 1.1 sau B1). Prima cifră sau literă indică tipul de mediu transportat, iar numărul următor indică scopul acestuia. Denumirile numerice sau alfanumerice sunt prezentate pe rafturile liniilor de conducere sau deasupra liniei de transport (conducta) și, dacă este necesar, în pauze în liniile de transport (în acest caz, denumirile acceptate sunt explicate în desene sau în documente text (vezi tabelul 1.1.). Pe obiectele tehnologice se prezintă acele robinete de control și închidere, dispozitive tehnologice care sunt direct implicate în monitorizarea și controlul procesului, precum și organele de prelevare (senzori), de închidere și de reglementare necesare pentru a determina locația relativă. a punctelor de prelevare (locatii pentru instalarea senzorilor), precum si a parametrilor de masurare sau control (vezi tabelul 1.2).

Dispozitivele complete (mașini de control centralizat, mașini de control, semi-seturi de telemecanică etc.) sunt desemnate printr-un dreptunghi de dimensiuni arbitrare cu tipul de dispozitiv indicat în interiorul dreptunghiului (conform documentației producătorului).

În unele cazuri, unele elemente ale echipamentelor tehnologice sunt, de asemenea, reprezentate pe diagrame sub formă de dreptunghiuri, indicând numele acestor elemente. Totodată, lângă senzori, dispozitive selective, de recepție și alte dispozitive similare ca scop, indicați denumirea echipamentului tehnologic căruia îi aparțin.

Tabelul 1.1. Desemnarea conductelor de transport conform GOST 14.202 – 69

Tabelul 1.2. Legendă accesorii tehnologice

Nume	Desemnare conform GOST 14.202 - 69
Supapă de poartă prin trecere (poartă)
Supapă acționată electric
Supapă cu trei căi
Supapă de siguranță
Supapa rotativa (supapa, poarta)
Diafragma actuatorului
Tabelul 1.3. Elemente de comutare electrice de ieșire
Nume	Desemnare conform GOST 2.755 - 87
Contact pentru comutarea circuitului de curent ridicat (contact de contact)
Contact normal
Contact normal

Pentru a face diagramele mai ușor de citit, pe conducte și alte linii de transport sunt plasate săgeți care indică direcția de mișcare a substanței.

În diagrama funcțional-tehnologică, precum și în imaginea conductei prin care substanța părăsește acest sistem, se face o inscripție corespunzătoare, de exemplu: „Din atelierul de absorbție”, „De la pompe”, „Până la polimerizare. circuit".

Figura 1.2. Imaginea senzorilor și a dispozitivelor de eșantionare (fragment)

Simbolurile grafice convenționale ale echipamentelor de automatizare sunt prezentate în tabelele 1.2., 1.3., 1.4.. Simbolurile grafice convenționale ale echipamentelor electrice utilizate în diagramele de automatizare funcționale trebuie reprezentate în conformitate cu standardele (Tabelul 1.3.). În lipsa simbolurilor standard de orice fel dispozitive automate ar trebui să vă acceptați desemnările și să le explicați cu o inscripție pe diagramă. Grosimea liniilor acestor denumiri ar trebui să fie de 0,5 - 0,6 mm, cu excepția liniei de despărțire orizontale din imaginea simbolică a dispozitivului instalat pe tabloul de distribuție, a cărei grosime este de 0,2 - 0,3 mm.

Dispozitivul de prelevare pentru toate dispozitivele conectate permanent nu are o denumire specială, ci este o linie continuă subțire care conectează conducta de proces sau aparatul cu dispozitivul (Fig. 1.2. dispozitivele 2 și 3a). Dacă este necesar să se indice locația exactă a dispozitivului de prelevare sau a punctului de măsurare (în interiorul denumirii grafice a aparatului tehnologic), un cerc cu diametrul de 2 mm este reprezentat cu caractere aldine la sfârșit (Fig. 1.2 dispozitivele 1 și 4a). ).

Tabelul 2.4. Simboluri grafice convenționale ale echipamentelor și dispozitivelor de automatizare

Nume	Simbol conform GOST 21.404 - 85
Traductor de măsurare primar (senzor) sau dispozitiv instalat local (pe o linie de producție, aparat, perete, podea, coloană, structură metalică).
De bază Acceptabil
Dispozitiv instalat pe un panou, consola Basic Permis
Dispozitiv de prelevare fără conexiune permanentă a dispozitivului
Actuator
Comutator de cale
Sonerie electrică, sirenă, claxon
Încălzitor electric: a) rezistență, c) inducție
Dispozitiv de înregistrare
Lampă cu incandescență, descărcare în gaz (semnal)
Mașină electrică trifazată (M – motor, G – generator)

Pentru a obține o desemnare completă (lizibilă) a unui dispozitiv sau a altui dispozitiv de automatizare, în imaginea sa grafică convențională este introdus un simbol cu ​​litere sub forma unui cerc sau oval, care determină scopul, funcțiile îndeplinite, caracteristicile și parametrii de funcționare. În acest caz, locația literei determină sensul acesteia. Astfel, literele date în Tabelul 1.5 sunt principalii parametri și funcții, iar literele date în Tabelul 1.6 specifică funcția sau parametrul.

Tabelul 1.5. Desemnarea parametrilor principali măsurați în schemele de automatizare

Pentru a desemna controlul manual, se folosește litera H. Pentru a desemna cantități neprevăzute de standard, pot fi folosite litere de rezervă: A, B, C, I, N, O, Y, Z (litera X nu este recomandată). . Literele rezervate folosite trebuie descifrate prin inscripția de pe câmpul liber al diagramei.

Mai jos sunt denumirile pentru clarificarea valorilor cantităților măsurate.

Tabelul 1.6. Desemnări suplimentare de litere

Litera folosită pentru a clarifica valoarea măsurată este plasată după litera care indică valoarea măsurată, de exemplu P, D - diferența de presiune.

Funcțiile efectuate de dispozitivele de afișare a informațiilor sunt desemnate cu litere latine (vezi Tabelul 2.7).

Tabelul 1.7. Literă de desemnare a funcției

În plus, pot fi utilizate desemnări cu literele E, G, V.

Toate literele de mai sus sunt plasate în partea superioară a cercului care indică dispozitivul (dispozitivul).

Dacă sunt folosite mai multe litere pentru a desemna un dispozitiv, atunci ordinea aranjamentului lor după primul, indicând valoarea măsurată, ar trebui să fie, de exemplu: TIR - un dispozitiv pentru măsurarea și înregistrarea temperaturii, PR - un dispozitiv pentru înregistrarea presiunii.

La desemnarea dispozitivelor realizate sub formă de blocuri separate și destinate operațiunilor manuale, litera H este plasată prima.

De exemplu în Fig. Figura 1.2 prezintă o diagramă de automatizare folosind instrumente de înregistrare a diferenței de temperatură și presiune, unde se formează un simbol pentru dispozitiv (setul), indicați în partea superioară a cercului scop functional, iar în partea inferioară a cercului este plasată desemnarea pozițională a acestuia (alfabetic - numeric sau numeric - 1, 2, 4a, 4b, 3a, 3b). Astfel, toate elementele unui set, i.e. un grup funcțional de dispozitive (transductoare de măsurare primare, intermediare și de transmisie, dispozitiv de măsurare, dispozitiv de reglare, actuator, corp de reglare) sunt desemnate cu același număr. În acest caz, numărul 1 este atribuit primului set (din stânga), numărul 2 celui de-al doilea etc.

Pentru a distinge elementele unui set, lângă număr este plasat un index de litere (nu se recomandă literele Z și O, al căror design este similar cu designul numerelor): pentru traductorul primar (element sensibil) - indicele „a”, pentru traductorul emițător - „b” , la dispozitivul de măsurare - „in”, etc. Astfel, pentru un set, denumirea completă a traductorului de măsurare primar va fi 1a, traductorul de măsurare transmisor 1b, dispozitivul de măsurare (secundar) 1c etc. înălțimea numărului este de 3,5 mm, înălțimea literei este de 2,5 mm.

Dezvoltarea sistemelor automate de control al proceselor în stadiul actual este asociată cu utilizarea pe scară largă a microprocesoarelor și microcalculatoarelor pentru control, al căror cost în fiecare an devine din ce în ce mai mic în comparație cu costurile totale ale creării sistemelor de control. Înainte de apariția microprocesoarelor, evoluția sistemelor de control al proceselor a fost însoțită de un grad tot mai mare de centralizare. Cu toate acestea, capacitățile sistemelor centralizate sunt acum limitate și nu îndeplinesc cerințele moderne de fiabilitate, flexibilitate și costul sistemelor și software-ului de comunicații.

Trecerea de la sistemele de control centralizate la cele descentralizate este cauzată și de o creștere a puterii unităților tehnologice individuale, a complexității acestora și a cerințelor crescute de viteză și acuratețe a funcționării lor. Centralizarea sistemelor de control este justificată din punct de vedere economic, având în vedere puterea informațională relativ mică (numărul de canale de control și reglare) a TOU și concentrarea sa teritorială.

Cu un număr mare de canale de monitorizare, reglare și control, o lungime mare de linii de comunicație în sistemul de control al procesului, descentralizarea structurii sistemului de control devine o metodă fundamentală de creștere a capacității de supraviețuire a sistemului de control al procesului, reducerea costurilor și a operațiunii. costuri.

Cea mai promițătoare direcție de descentralizare a sistemelor automate de control al proceselor ar trebui recunoscută ca control automat al procesului cu o arhitectură distribuită, bazată pe ținta funcțională și descentralizarea topologică a obiectului de control. Descentralizare funcțional-țintă - aceasta este diviziunea proces complex

sau sisteme în părți mai mici - subprocese sau subsisteme bazate pe caracteristici funcționale (de exemplu, etape de proces tehnologice, moduri de funcționare ale unităților etc.) care au scopuri de funcționare independente. Descentralizarea topologică

înseamnă posibilitatea divizării teritoriale (spațiale) a procesului în subprocese funcțional-țintă.

Cu o descentralizare topologică optimă, numărul de subsisteme ale unui sistem de control al procesului automat distribuit este selectat astfel încât să se minimizeze lungimea totală a liniilor de comunicație care, împreună cu subsistemele de control local, formează o structură de rețea.

Baza tehnică a sistemelor moderne de control distribuit, care face posibilă implementarea unor astfel de sisteme, sunt microprocesoarele și sistemele cu microprocesoare.

Sistemul cu microprocesor îndeplinește funcțiile de colectare a datelor, reglare și control, vizualizare a tuturor informațiilor bazei de date, modificarea setărilor, parametrilor algoritmilor și ai algoritmilor înșiși, optimizare etc. Utilizarea microprocesoarelor (inclusiv microcalculatoarelor) pentru a rezolva problemele enumerate face posibilă atingerea următoarelor obiective: a) înlocuirea mijloacelor tehnice analogice cu cele digitale în care trecerea la mijloace digitale mărește precizia, extinde funcționalitatea și crește flexibilitatea sistemelor de control;;

c) înlocuirea unui minicalculator cu un sistem de mai multe microcalculatoare atunci când este necesar să se asigure producția descentralizată sau controlul proceselor tehnologice cu fiabilitate și supraviețuire sporite sau când capacitățile minicalculatorului nu sunt pe deplin utilizate.

Sistemele cu microprocesoare pot îndeplini în subsistemele unui sistem automat de control al proceselor distribuite toate funcțiile standard de monitorizare, măsurare, reglare, gestionare și prezentare a informațiilor către operator.

În sistemele de control al proceselor automate distribuite se adoptă în principal trei structuri topologice pentru interacțiunea subsistemelor: în formă de stea (radială); inel (bucla);

autobuz (principal) sau combinații ale acestora.

Organizarea comunicării cu senzorii și actuatorii este individuală și predominant radială.

Figura 3.5 prezintă opțiunile de topologie pentru sistemele de control al proceselor automatizate distribuite.

Figura 3.5 - Structuri tipice ale sistemelor de control al proceselor automatizate distribuite:

a - radial, b - principal, c - inel

Structura radială de interacțiune a subsistemelor (Fig. 3.5, a) reflectă metoda utilizată în mod tradițional de conectare a dispozitivelor cu linii de comunicație dedicate și se caracterizează prin următoarele caracteristici:

a) există linii separate, neconectate, care leagă subsistemul central (CS) cu sistemele locale de automatizare ale aeronavei i; b) din punct de vedere tehnic este simplă implementarea dispozitivelor de interfață US 1 - US m de automatizare locală. Dispozitivul central de comunicatie USC este un ansamblu de module de tip US i din punct de vedere al numarului de linii sau un dispozitiv destul de complex de multiplexare a canalelor de transmisie a informatiilor; c) sunt prevăzute

viteze maxime

Un sistem distribuit cu structură radială este un sistem pe două niveluri, unde la nivelul inferior sunt implementate funcțiile necesare de control, reglare și management în subsisteme, iar la al doilea nivel, în CPU, microcalculatorul coordonator (sau minicalculatorul). ), pe lângă coordonarea lucrărilor sateliților microcalculatori, optimizează sarcinile de control ale TOU, distribuția energiei, controlează procesul tehnologic în ansamblu, calculează indicatori tehnici și economici etc. Întreaga bază de date într-un sistem distribuit cu structură radială trebuie să fie accesibilă microcalculatorului coordonator pentru programele de control al aplicațiilor de la nivelul superior.

Ca urmare, microcalculatorul de coordonare funcționează în timp real și trebuie controlat folosind limbaje de nivel înalt.

Figura 3.5 (b, c) prezintă topologiile inel și magistrală ale interacțiunii de nivel. Aceste structuri au o serie de avantaje în comparație cu cele radiale:

a) operabilitatea subsistemului de comunicații, care include un canal și dispozitive de comunicație, nu depinde de funcționalitatea mijloacelor tehnice la nivelurile de automatizare;

b) există posibilități de conectare a dispozitivelor suplimentare și de monitorizare a întregului subsistem prin mijloace speciale;

c) sunt necesare costuri semnificativ mai mici ale produselor prin cablu.

Comparând topologiile de inel și magistrală ale subsistemului de comunicații, trebuie remarcat faptul că organizarea unei structuri de inel este mai puțin costisitoare decât una de magistrală. Cu toate acestea, fiabilitatea întregului subsistem cu un sistem de comunicație inel este determinată de fiabilitatea fiecărui dispozitiv de interfață și a fiecărei secțiuni de linii de comunicație. Pentru a crește capacitatea de supraviețuire, este necesar să folosiți inele duble sau linii de comunicație suplimentare cu căi de ocolire.

Performanța canalului fizic de transmisie pentru o arhitectură de magistrală cu izolarea transformatorului nu depinde de funcționalitatea dispozitivelor de interfață, totuși, ca și în cazul inelului, defecțiunea oricărui dispozitiv de interfață în cel mai rău caz duce la funcționarea complet autonomă a eșuatei; nod subsistem, adică la pierderea funcției de control de la nivelul CPU prin automatizarea nodului eșuat.

O metodă evidentă de creștere a capacității de supraviețuire a întregului sistem de automatizare în cazul unei defecțiuni a dispozitivelor de coordonare din subsistemul de comunicații este duplicarea dispozitivelor de coordonare în nodurile subsistemului. Într-o structură de inel, această abordare este deja implicată de organizarea inelelor duble și a căilor de ocolire. Dacă fiabilitatea unui canal fizic continuu pentru topologia inferioară nu este pusă la îndoială, atunci este posibilă duplicarea numai a dispozitivelor de interfață fără a utiliza un cablu backbone de rezervă.

O modalitate mai ieftină de a crește fiabilitatea subsistemului de comunicații este utilizarea structurilor combinate care combină avantajele topologiilor radiale și inelare (coloana vertebrală). Pentru un inel, numărul de conexiuni radiale poate fi limitat la două sau trei linii, a căror implementare oferă o soluție simplă și ieftină. Evaluarea unor astfel de indicatori ai sistemelor de control al proceselor automatizate distribuite ca economic(costurile produselor prin cablu, rutarea cablurilor, dezvoltarea sau achiziționarea de instrumente de rețea, inclusiv dispozitive de comunicație etc.), funcţional(utilizarea operațiunilor de transfer de grup, intensitatea schimbului, posibilitatea schimbului „toată lumea cu toată lumea”), precum și indicatori de unificare şi posibilităţi de evoluţie rețele (capacitatea de a include cu ușurință noduri suplimentare de abonat, tendințe de utilizare în sistemele automate de control al proceselor) și indicatori

fiabilitatea rețelei

(eșecul canalului de comunicație și a dispozitivelor de comunicație sau de interfață), ne permite să tragem următoarele concluzii:

c) indicatorii de fiabilitate ai structurii principale sunt destul de satisfăcători;

d) topologia principală a unui sistem de control al proceselor automate distribuite necesită costuri unice mari pentru crearea și implementarea unui canal de comunicație și a dispozitivelor de interfață.

În mare parte datorită acestor caracteristici ale structurii coloanei vertebrale și organizării modulare a hardware-ului și software-ului în sistemele moderne de control al proceselor automatizate coloana vertebrală-principiu modular construcția suportului tehnic și-a găsit o utilizare pe scară largă.

Utilizarea microprocesoarelor și microcalculatoarelor face posibilă implementarea eficientă și economică a principiului descentralizării funcționale și topologice a sistemelor automate de control al proceselor. Astfel, puteți crește semnificativ fiabilitatea și supraviețuirea sistemului, puteți reduce liniile de comunicații costisitoare, puteți oferi flexibilitate operațională și puteți extinde domeniul de aplicare în economie nationala complexe de mijloace tehnice, al căror element principal este un microcalculator sau un microprocesor. În astfel de sisteme de control distribuit mare valoare dobândește standardizarea interfeței, adică stabilirea și aplicarea unor norme, cerințe și reguli uniforme care să garanteze integrarea informațională a mijloacelor tehnice în structurile standard ale sistemelor automate de control al proceselor.

Cursul 9

La elaborarea unui proiect de automatizare, în primul rând, este necesar să se decidă din ce locuri vor fi controlate anumite zone ale instalației, unde vor fi amplasate punctele de control și sălile operatorilor, care ar trebui să fie relația dintre ele, adică. este necesar să se rezolve problemele alegerii unei structuri de conducere. Structura de control este înțeleasă ca un set de părți ale unui sistem automat în care poate fi împărțită după un anumit criteriu, precum și modalitățile de transmitere a influențelor între ele. O reprezentare grafică a unei structuri de management se numește diagramă bloc. Deși datele inițiale pentru alegerea unei structuri de management și ierarhia acesteia cu grade diferite de detaliu sunt specificate de către client la emiterea unei sarcini de proiectare, structura de management completă trebuie dezvoltată de către organizația de proiectare.

În forma sa cea mai generală, schema bloc a sistemului de automatizare este prezentată în Figura 9.1. Un sistem de automatizare constă dintr-un obiect de automatizare și un sistem de control pentru acest obiect. Datorită unei anumite interacțiuni între obiectul de automatizare și sistemul de control, sistemul de automatizare în ansamblu oferă rezultatul necesar al funcționării obiectului, caracterizat prin parametrii x 1 x 2 ... x n

Funcționarea unei instalații complexe de automatizare este caracterizată printr-un număr de parametri auxiliari y 1, y 2, ..., y j, care trebuie de asemenea monitorizați și reglați.

În timpul funcționării, obiectul primește influențe perturbatoare f 1, f 2, ..., f i, determinând abateri ale parametrilor x 1, x 2, x n de la valorile lor cerute. Informațiile despre valorile curente x 1, x 2, x n, y 1, y 2, y n intră în sistemul de control și sunt comparate cu valorile prescrise g j, g 2,..., g k, ca urmare a pe care sistemul de control generează acțiuni de control E 1, E 2, ..., E m pentru a compensa abaterile parametrilor de ieșire.

Figura 9.1 – Schema bloc a sistemului de automatizare

Alegerea structurii de control pentru un obiect de automatizare are un impact semnificativ asupra eficienței funcționării acestuia, reducând costul relativ al sistemului de control, fiabilitatea acestuia, mentenabilitatea etc.

În general, orice sistem poate fi reprezentat:

· structura constructivă;

· structura functionala;

· structura algoritmică.

În structura structurală a sistemului, fiecare parte a acestuia reprezintă un întreg structural independent (Figura 9.1).

Diagrama de proiectare conține:

· instalație și sistem de automatizare;

· fluxuri de informare şi control.

În structura algoritmică, fiecare parte este proiectată pentru a realiza un algoritm specific pentru transformarea semnalului de intrare, care face parte din întreg algoritmul pentru funcționarea sistemului.

Proiectantul dezvoltă o diagramă bloc algoritmică (ASC) a unui obiect de automatizare folosind ecuații diferențiale sau caracteristici grafice. Un obiect de automatizare este reprezentat ca mai multe legături cu diverse funcții de transfer interconectate. În ACC, legăturile individuale pot să nu aibă integritate fizică, dar conexiunea lor (circuitul în ansamblu) în ceea ce privește proprietățile statice și dinamice, în ceea ce privește algoritmul de funcționare, trebuie să fie echivalentă cu obiectul de automatizare. Figura 9.2 prezintă un exemplu de sistem de control automat.

Figura 9.2 – Diagrama bloc algoritmică, prezentată sub formă de legături simple

Într-o structură funcțională, fiecare parte este proiectată pentru a îndeplini o funcție specifică.

Proiectele de automatizare descriu diagrame bloc constructive cu elemente de caracteristici funcționale. Informații complete despre structura funcțională, indicând buclele de control locale, canalele de control și controlul procesului, sunt furnizate în diagramele funcționale (Lectura 10).

Diagrama structurală a sistemului automat de control al procesului este dezvoltată în etapa „Proiect” în timpul unui proiect în două etape și corespunde compoziției sistemului. Ca exemplu, Figura 9.3 prezintă o diagramă bloc a managementului producției de acid sulfuric.

Figura 9.3 – Fragment din schema bloc de management și control al producției de acid sulfuric:

1 – linie de comunicare cu atelierul de laborator chimic; 2 – linie de comunicare cu punctele de monitorizare și control ale site-ului acid; 3 – linie de comunicare cu punctul de monitorizare și control pentru liniile de proces III și IV

Schema bloc prezintă în formă generală principalele decizii ale proiectului privind structurile funcționale, organizatorice și tehnice ale sistemului automat de control al proceselor în conformitate cu ierarhia sistemului și relațiile dintre punctele de control și management, personalul operațional și controlul tehnologic. obiect. Principiile de organizare a managementului operațional al unei instalații tehnologice, compoziția și denumirile elementelor individuale ale diagramei structurale, adoptate la implementarea diagramei bloc, trebuie păstrate în toate documentele de proiect pentru sistemul de control automat al procesului.

Tabelul 9.1 – Funcțiile sistemelor automate de control al proceselor și simbolurile acestora din Figura 9.3

Diagrama bloc prezintă următoarele elemente:

1. divizii tehnologice (departamente, secții, ateliere, producție);

2. puncte de monitorizare și control (centrale locale, centre de operator și dispecerat, tablouri de bloc etc.);

3. personal tehnologic (operațional) și prestarea de servicii speciale suplimentare management operațional;

4. funcții principale și mijloace tehnice care asigură implementarea acestora la fiecare punct de control și management;

5. relația dintre departamente și cu sistemele de control automatizate de nivel superior.

Funcțiile sistemului automat de control al procesului sunt criptate și indicate pe diagramă sub formă de numere. Simbolurile funcțiilor sistemului automat de control al procesului din Figura 9.3 sunt prezentate în Tabelul 9.1.

Schema bloc a sistemului de automatizare este realizată de noduri și include toate elementele sistemului de la senzor la organismul de reglementare, indicând locația lor, arătând relațiile dintre ele.

Studiul și analiza matematică a unui sistem de control automat este mult facilitată dacă este mai întâi împărțit mental în elemente tipice, sunt identificate relațiile fizice dintre ele, iar aceste relații sunt prezentate schematic într-o formă convențională.

Sistemul de control automat poate fi împărțit în părți după diverse criterii: scopul pieselor, algoritmi de conversie a informațiilor, izolarea constructivă. În consecință, se disting următoarele structurilor Şi diagrame bloc ACS:

funcţional;

algoritmic;

constructiv.

Făcând acest lucru, vom înțelege că:

structura- o colecție de părți interconectate ale unui întreg;

schema bloc– reprezentarea grafică a structurii.

Diagramele funcționale și algoritmice constau din imagini convenționale ale elementelor și legăturilor (de obicei sub formă de dreptunghiuri) și diverse conexiuni, reprezentate sub formă de linii cu săgeți, care arată direcția de transmitere a influențelor. Fiecare linie corespunde de obicei unui semnal sau unui efect. Lângă fiecare linie indicați o mărime fizică care caracterizează acest efect.

De obicei, ei se machiază mai întâi diagrama functionala ACS și apoi algoritmic. Diagramele structurale pot fi întocmite cu un grad mai mare sau mai mic de detaliu. Sunt numite diagrame care arată doar părțile principale sau mărite ale sistemului de control automatizat generalizat(vezi Fig. 1).

Diagrama bloc functionala -diagramă care reflectă funcțiile (scopurile) părților individuale ale sistemului de control automat.

Astfel de funcții ar putea fi:

§ obținerea de informații despre starea obiectului de control;

§ conversia semnalului;

§ compararea semnalelor etc.

Următoarele sunt considerate părți ale structurii funcționale (diagrama) sistemului de control automat: dispozitive funcționale. Numele dispozitivelor indică o anumită funcție. De exemplu:

§ senzor;

§ amplificator;

§ bloc de comparație;

§ unitate de control;

§ actuator etc.

D – senzor– conceput pentru a recepționa un semnal proporțional cu un anumit

influenţa;

ES – element de comparație– serveşte la recepţionarea unui semnal proporţional cu abaterea valorii controlate x(t) din influenţa de referinţă x z (t);

KU – dispozitiv de corectare– concepute pentru a îmbunătăți calitatea managementului;

UPB – unitate de amplificare-conversie– servește la amplificarea semnalului și pentru a-i da o anumită formă;

RO – organism de reglementare– servește la influențarea directă a mediului controlat (exemple de RO: supapă, robinet, tiristor etc.);

IU – actuator– destinate activării organismului de reglementare (exemple de unități de control: motor electric, electromagnet etc.).

Schema algoritmică– o diagramă care este un set de legături algoritmice interconectate și care caracterizează algoritmii de conversie a informațiilor în sisteme de control automatizate.

În același timp, legătură algoritmică - parte a structurii algoritmice a sistemului de control automat, corespunzătoare unui algoritm de conversie a semnalului matematic sau logic specific. Dacă o legătură algoritmică realizează o operație matematică sau logică simplă, atunci este numită legătură algoritmică elementară . În diagrame, legăturile algoritmice sunt reprezentate prin dreptunghiuri, în interiorul cărora sunt trecuți operatorii de conversie a semnalului corespunzători. Uneori, în loc de operatori sub formă de formulă, sunt date grafice ale dependenței valorii de ieșire de intrarea sau grafice ale funcțiilor de tranziție.

Se disting următoarele tipuri de legături algoritmice:

§ static;

§ dinamic;

§ aritmetică;

§ logic.

Legatura statica - o legătură care convertește instantaneu semnalul de intrare într-un semnal de ieșire (fără inerție).

Legătură dinamică– o legătură care convertește semnalul de intrare într-un semnal de ieșire în conformitate cu operațiile de integrare și diferențiere în timp.

Legătură aritmetică– o legătură care efectuează una dintre operațiile aritmetice: însumare, scădere, înmulțire, împărțire. Cea mai comună legătură aritmetică în automatizare, legătura care realizează însumarea algebrică a semnalelor, se numește sumator.

Legătură logică– o legătură care efectuează orice operație logică: înmulțire logică („ȘI”), adunare logică („SAU”), negație logică („NU”) etc. Semnalele de intrare și de ieșire ale unei legături logice sunt de obicei discrete și sunt considerate ca variabile logice.

3. Modelare în TAU

Scopul oricărui control este de a schimba starea unui obiect în modul dorit (în conformitate cu sarcina). Teoria controlului automat trebuie să răspundă la întrebarea: „cum să construim un regulator care să poată controla un anumit obiect în așa fel încât să atingă scopul?” Pentru a face acest lucru, dezvoltatorul trebuie să știe cum va reacționa sistemul de control la diferite influențe, adică este necesar model de sistem : obiect, unitate, senzori, canale de comunicare, perturbări, zgomot.

Model este un obiect pe care îl folosim pentru a studia un alt obiect ( original).

Modelul și originalul trebuie să fie similare într-un fel, astfel încât concluziile trase din studierea modelului să poată fi transferate (cu o oarecare probabilitate) la original. Ne va interesa în primul rând modele matematice, exprimat sub formă de formule. În plus, în știință sunt folosite și modele descriptive (verbale), grafice, tabulare și alte modele.

Cum sunt construite modelele?

În primul rând, modelele matematice pot fi derivate teoretic din legile fizicii(legile conservării masei, energiei, impulsului). Aceste modele descriu conexiunile interne într-un obiect și, de regulă, sunt cele mai precise.

Să luăm în considerare RLC- lanț, adică o conexiune în serie a unui rezistor cu o rezistență R(V Omaha), inductori cu inductanță L si un condensator cu capacitate C. Poate fi descris folosind două ecuații care definesc modelul matematic al circuitului:

A doua metodă este de a construi un model ca urmare a observării unui obiect cu semnale de intrare diferite. Obiectul este considerat o „cutie neagră”, adică structura sa internă este necunoscută. Ne uităm la modul în care reacționează la semnalele de intrare și încercăm să reglam modelul astfel încât ieșirile modelului și ale obiectului să se potrivească cât mai precis posibil sub o varietate de intrări.

În practică, este adesea folosită o metodă mixtă: structura modelului (tipul de ecuație care conectează intrarea și ieșirea) este determinată din teorie, iar coeficienții sunt găsiți experimental. De exemplu, vedere generală Ecuațiile mișcării navei sunt bine cunoscute, dar aceste ecuații conțin coeficienți care depind de mulți factori (forma carenei, rugozitatea suprafeței etc.), deci sunt extrem de dificil (sau imposibil) de găsit teoretic. În acest caz, pentru a determina coeficienți necunoscuți, modelele la scară sunt construite și testate în bazine folosind metode speciale. În industria aeronautică, tunelurile de vânt sunt folosite în aceleași scopuri.

Pentru orice obiect de control, puteți construi multe modele diferite care să țină cont (sau să nu țină cont) de anumiți factori. De obicei, în prima etapă ei încearcă să descrie obiectul cât mai detaliat posibil și să creeze un model detaliat. Cu toate acestea, va fi dificil să se calculeze teoretic o lege de control care să îndeplinească cerințele date pentru sistem. Chiar dacă îl putem calcula, poate fi prea dificil de implementat sau foarte costisitor.

Pe de altă parte, puteți simplifica modelul de obiect eliminând unele „detalii” care par neimportante dezvoltatorului. Pentru un model simplificat, legea de control este, de asemenea, mai simplă, iar cu ajutorul ei puteți obține adesea rezultatul dorit. Cu toate acestea, în acest caz, nu există nicio garanție că va controla și modelul complet (și obiectul real). De obicei se folosește o opțiune de compromis. În acest caz, dimpotrivă, încep cu modele simple, încercând să proiecteze regulatorul astfel încât să fie „potrivit” pentru un model complex. Această proprietate se numește robusteţe(grosolănie) controlerului (sau sistemului), înseamnă insensibilitate la erorile de modelare. Apoi se verifică funcționarea legii de control construită pe un model complet sau pe un obiect real. Dacă se obține un rezultat negativ (un regulator simplu „nu funcționează”), modelul este complicat prin introducerea de detalii suplimentare în el. Și totul începe de la capăt.