Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ

ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Центр заочного дистанционного образования

Кафедра механизации производственных процессов в животноводстве

Контрольная работа

по дисциплине: «Автоматика и автоматизация производства»

Луганск, 2010 г

1. Структурная схема автоматических регуляторов

Элементы и системы автоматического регулирования, описываемые дифференциальными уравнениями, могут быть представлены элементарными звеньями. Число типов элементарных звеньев ограничено, и по различным классификационным признакам они объединены в группы.

В принятой нами классификации будем рассматривать такие группы: простейшие звенья, звенья первого и второго порядков и трансцендентные звенья. В первой группе рассмотрим безынерционное, интегрирующее и дифференцирующее звенья, во второй - апериодическое звено чистого запаздывания.

Реальное устройство может быть представлено типовым динамическим звеном или комбинацией нескольких звеньев в зависимости от принятых допущений и выбора входной и выходной величин этого устройства.

Основным описание звена является дифференциальное управление, по которому различными методами определяют переходную функцию, функцию веса и передаточную функцию, характеризующие динамические свойства звена (амплитудно-фазовая (АФХ), амплитудно-частотная (АЧХ), фазо-частотная (ФЧХ) и логарифмические (ЛАЧХ и ЛФЧХ)). Характеристики элементарных звеньев сведены в таблице 1.

Безынерционное (пропорциональное) звено, которое как в установившемся, так и в переходном режиме описывается уравнением при . Уравнение звена имеет вид . Оно передает изменение входной величины мгновенно, без динамических переходных процессов и искажений, изменяя только его величину. Примерами устройств, представляющих безынерционные звенья являются редукторная передача, рычажная передача в том случае, когда не учитывается масса рычага, потенциометр, усилитель постоянного тока и др.

Интегрирующее звено - это звено у которого выходная величина пропорциональна интегралу по времени от входной величины:

,

или в операторной форме (q=+1)

,

где k - коэффициент пропорциональности.

Продифференцировав предыдущее уравнение получим: .

Из последнего уравнения видно, что скорость изменения выходной величины интегрирующего звена пропорциональна входной величине.

Примерами реальных элементов которые можно представить интегрирующим звеном, являются резервуар, двигатель постоянного тока, эл. конденсатор, индуктивность. Дифференцирующим звеном называют такое звено, у которого в установившемся режиме выходная величина пропорциональна скорости изменения входной величины. Уравнение звена имеет вид

,

или в операторной форме (q= -1)

,

где k - коэффициент пропорциональности.

На практике не существует такого реального элемента, в котором на выходе точно воспроизводилась бы производная от входного сигнала. Идеализированными примерами дифференциального звена могут служить тахогенератор, эл. конденсатор, индуктивность.

Апериодическое (инерционное) звено первого порядка - это такое звено, выходная величина которого после подачи на его вход ступенчатого воздействия изменяется монотонно, достигая некоторого установившегося значения. Уравнение звена имеет вид

,

или в операторной форме

,

где Т и k - соответственно постоянная времени и коэффициент передачи.

Апериодическое звено наиболее распространено в системах автоматического регулирования и представляет многие элементы автоматики: управляемые объекты (генераторы, двигатели, нагревательные устройства и т.п.), преобразователи, магнитные усилители и другие устройства, обладающие инерционными свойствами.

Звено, у которого выходная величина после подачи на его вход единичного ступенчатого воздействия стремится к установившемуся значению, совершая колебания, называется колебательным.

Колебательное звено описывается дифференциальным уравнением вида

,

или в операторной форме

.

Если о=0, то звено не будет рассеивать энергию и в нем устанавливаются незатухающие колебания. Такое звено называют консервативным, а его уравнение имеет вид

или .

Частота установившихся колебаний консервативного звена называется резонансной, определяется из соотношения щ0=1/Т0. Выражение переходной функции консервативного звена находят из уравнения колебательного звена.

Апериодическое звено второго порядка. Если степень затухания звена о?1, то характеристическое уравнение звена имеет отрицательные вещественные корни и такое звено эквивалентно соединению двух апериодических звеньев первого порядка. Его передаточная функция имеет вид

.

Трансцендентные звенья - звенья, которые описываются неалгебраическими передаточными функциями. К этим звеньям принадлежит звено чистого запаздывания, которое имеет большое практическое значение и описывается уравнением .

Примеры устройств, которые можно представить звеном запаздывания, следующие: транспортёры, эл. цепи без потерь с распределёнными параметрами, устройство записи и воспроизведения с магнитной ленты.

Управляющее устройство, осуществляющее стабилизацию выходной величины объекта, называется автоматическим регулятором. В автоматических системах регулирования применяются пропорциональный, интегральный, пропорционально-интегральный и пропорционально-интегрально-дифференциальный законы регулирования. Регуляторы с той или иной точностью реализующие эти законы соответственно называются П-, И-, ПИ- и ПИД-регуляторами. Схема системы автоматического управления или регулирования, в которой функциональные элементы представлены типовыми динамическими звеньями, называются структурной схемой данной системы.

Структурную схему используют для теоретического исследования системы автоматического управления, так как она отображает ее динамические свойства. В структурных схемах элементарные динамические звенья чаще всего представляют их передаточными функциями.

На структурных схемах, в которых звенья представлены передаточными функциями, все воздействия следует указывать в виде лапласовых изображений.

Основным условием преобразования структурной схемы в эквивалентную является неизменность динамических характеристик системы.

Теория преобразования структурных схем разработана Б.Н. Петровым. Она основывается на рассмотрении алгебраических уравнений, описывающих схемы передачи сигналов в системе. Здесь рассмотрены наиболее часто встречающиеся преобразования структурных схем путём перемещения точки разветвления (узла) и сумматора. Перенос может осуществляться как в направлении распространения воздействия, так и против направления распространения воздействия.

Перенос узла через звено в направлении распространения воздействия в системе с передаточной функцией

выполняется на основании представления этой передаточной функции в таком виде:

.

Передаточная функция представляет параллельно-встречное соединение звеньев с неединичной обратной связью, в котором в прямой цепи включены последовательно два звена с передаточными функциями и , а в цепи обратной связи - звено с передаточной функцией .

Перенос узла через звено против распространения воздействия выполнен на основании преобразования передаточной функцией исходной системы

к виду

.

Перенос сумматора через звено в направлении распространения воздействия и против направления распространения воздействия показан в п. 2.

Для исходной схемы изображение выходной величины следующее:

.

Изображение выходной величины остаётся таким же и для эквивалентной схемы, так как раскрывая скобки предыдущего уравнения, получаем

.

Из этого следует, что при переносе сумматора через звено в направлении распространения воздействия необходимо в цепь воздействия по второму входу суммирующего устройства включить звено с передаточной функцией того звена, через которое выполнен перенос.

При переносе сумматора через звено против распространения воздействия изображение выходного сигнала

преобразуя к виду

,

которому соответствует эквивалентная схема с перенесённым сумматором.

При переносе сумматора через звено против распространения воздействия следует включить в цепь воздействия по второму входу суммарное звено с передаточной функцией, обратной передаточной функции того звена, через которое выполнен перенос.

Замена соединения с неединичной обратной связью эквивалентным соединением с единичной обратной связью в п. 3 (табл. 2). Замена выполнена на основании преобразования передаточной функции соединения с неединичной обратной связью, передаточная функция которого

.

Умножив числитель и знаменатель предыдущего уравнения на , получим эквивалентное уравнение

.

В результате получаем соединение двух звеньев, одно из которых не имеет обратной связи, а второе с единичной обратной связью. Передаточная функция первого звена обратная передаточной функции звена обратной связи исходной схемы, а передаточная функция звена с единичной связью имеет в прямой цепи последовательное соединение звеньев и .

2. Функциональная схема автоматизации химико-технологических процессов

Функциональная схема автоматизации (далее - ФСА) является основным техническим документом проекта автоматизации, определяющим структуру системы управления технологическим процессом, а также оснащение его средствами автоматизации. Схема должна давать представление и об объекте управления. В связи с этим на функциональной схеме должны быть даны изображения технологических аппаратов (колонн, теплообменников и т.д.), машин (насосов, компрессоров и т.п.), трубопроводов, автоматических устройств и показаны связи между ними.

Изображение на функциональных схемах технологических аппаратов, машин, трубопроводов и трубопроводной арматуры. Технологические аппараты и машины на функциональной схеме изображают упрощенно, но в соответствии со схемой, принятой в технологической части проекта. Контуры графических изображений аппаратов и машин, а также соотношение их габаритных размеров должны, как правило, соответствовать действительным. Допускается изображение объектов управления в виде прямоугольников.

Возможны также графические обозначения аппаратов и машин, построенные по их функциональным признакам (ГОСТ 2.793-79; ГОСТ 2.782-68), и обозначения, отражающие принцип действия машин и аппаратов (ГОСТ 2.780-68; 2.788-74; ГОСТ 2.792-74; ГОСТ 2.794-79; ГОСТ 2.795-80). Указанные стандарты не устанавливают размеров обозначений, поэтому требуется вычерчивать обозначения в соотношениях, в которых они выполнены в стандартах. Толщина линий обозначений аппаратов и машин должна составлять 0,2 - 0,5 мм. Если начертание технологического аппарата (или машины) в одной плоскости не даёт ясного представления об его устройстве и размещении средств автоматизации, то можно изобразить его в аксонометрии или дать разрез.

Около каждого аппарата и машины должно быть дано наименование или позиционное обозначение (арабскими цифрами). Наименование может быть вписано внутри условного графического изображения аппарата (машины). Разрешается использовать и буквенно-цифровое обозначение аппаратов (машин), например Т-3, Е-5, Н-8, где буква обозначает название аппарата (Т - теплообменник, Е - ёмкость, Н - насос), а цифры - порядковый номер аппарата среди ему подобных. При обозначении аппаратов и машин цифрами (или буквами с цифрами) на свободном поле схемы должна быть дана таблица с перечнем оборудования.

Трубопроводы на функциональных схемах изображают, как правило, сплошной линией. Толщина линии берётся в пределах от 0,5 до 1,5 мм в зависимости от назначения трубопровода. Они могут быть изображены и по ГОСТ 3464-63 «Условные обозначения трубопроводов для жидкостей и газов, применяемые на схемах и чертежах». При этом используются прерывистые линии с цифрами, проставляемыми в разрывах линий, соответствующие тому или иному веществу, проходящему по трубопроводу (табл. 3). Если в этом стандарте отсутствует обозначение какого-либо вещества, вводят произвольные обозначения цифрами, начиная с 28. Для более детальной характеристики среды цифровое обозначение может быть дополнено буквенным индексом (например, вода горяча - 1 г, вода холодная - 1 х). автоматизация регулирование электроаппаратура технологический

Для облегчения чтения схемы на обозначениях трубопровода проставляют стрелки, указывающие направление движения вещества в трубопроводе. Соединения и пересечения трубопроводов изображают согласно ГОСТ 2.784-70. У изображения трубопровода, по которому вещество поступает в данную технологическую схему, а также у изображения трубопровода, по которому вещество уходит из данной схемы, делается соответствующая надпись, например: «Из цеха абсорбции», «В схему полимеризации».

На условном изображении технологических трубопроводов показывают в основном только ту арматуру (вентили, задвижки и т.п., в соответствии с ГОСТ 2.785-70), которая участвует в управлении процесса.

На ФСА условно показывают все средства, используемые для автоматического управления процессом, кроме вспомогательной арматуры (фильтров, редукторов и т.п.).

Таблица Условные обозначения трубопроводов для жидкостей и газов.

Для изображения автоматических устройств используют отраслевой стандарт ОСТ 36-27-77 «Обозначения условные в схемах автоматизации технологических процессов».

Условные графические обозначения электроаппаратуры, применяемые в ФСА, следует изображать в соответствии со стандартами или правилами. При отсутствии стандартных условных обозначений каких-либо автоматических устройств следует принять свои обозначения и пояснить их на схеме. Толщина линий этих обозначений должна быть 0,5 - 0,6 мм, кроме горизонтальной разделительной линии в условном изображении прибора, устанавливаемого на щите, толщина которой 0,2 - 0,3 мм.

Отборное устройство для всех постоянно подключенных приборов не имеет специального обозначения, а представляет собой тонкую сплошную линию, соединяющую технологический трубопровод или аппарат с прибором. При необходимости указания точного места расположения отборного устройства или точки измерения (внутри графического обозначения технологического аппарата) в конце тонкой линии изображают окружность диаметром 2 мм.

Комплектные устройства (машины централизованного контроля, управляющие машины, полукомплекты телемеханика и т.п.) обозначают прямоугольником произвольных размеров с указанием внутри типа устройства (по документации завода-изготовителя).

Измеряемые параметры обозначают следующим образом:

Для обозначения ручного воздействия используют букву Н.

Для обозначения измеряемых величин, не предусмотренных стандартом, могут быть использованы резервные буквы: A, B, C, I, J, N, O, X, Y, Z (буква X - не рекомендуется). Использованные резервные буквы должны быть расшифрованы на свободном поле схемы.

Ниже приведены обозначения уточняющих значений измеряемых величин:

Функции, выполняемые приборами по отображению информации, обозначают следующим образом:

Функции, выполняемые приборами по формированию выходного сигнала, обозначают следующим образом:

Все перечисленные буквенные обозначения проставляют верхней части окружности, обозначающие прибор (устройство).

Если для обозначения одного прибора используется несколько букв, то порядок их расположения после первой, обозначающей измеряемую величину, должен быть следующим: I, R, C, S, A. При обозначении устройств, выполненных в виде отдельных блоков и предназначенных для ручных операция, на первом месте ставят букву Н.

При формировании условного обозначения прибора в нижней части окружности располагают позиционное обозначение его (буквенно-цифровое или цифровое). Все элементы одного комплекта, т.е. одной функциональной группы приборов (первичный, промежуточный и передающий измерительные преобразователи, измерительный прибор, регулирующий прибор, исполнительный механизм, регулирующий орган) обозначают одной и той же цифрой. При этом цифру 1 присваивают первому (слева) комплекту, цифру 2 - второму и т.д.

Чтобы различить элементы одного комплекта, рядом с цифрой помещают буквенный индекс Во избежание разночтений букв З и О, начертания которых похожи на начертание цифр, применять не рекомендуется.: у первичного преобразователя (чувствительного элемента) - индекс а, у передающего преобразователя - б, у измерительного прибора - в, и т.д. Таким образом, для одного комплекта полное обозначение первичного измерительного преобразователя будет 1а, предающего измерительного преобразователя - 1б, измерительного (вторичного) прибора - 1в, и т.д. При этом высота цифры равна 3,5 мм, высота буквы - 2,5 мм. В случае цифрового позиционного обозначения приборов вместо букв используются цифры: 1-1; 1-2; 1-3 и т.д. Не дают позиционных обозначений лишь отборным и приёмным устройствам, поставляемым вместе с приборами.

Часто исполнительный механизм и регулирующий орган выпускают как одно целое, поэтому в схеме им присваивают одно позиционное обозначение (рис. 1. поз. 1д, 2г, 4г, 5г, 7г, 8г). Термобаллон манометрического термометра не имеет собственного позиционного обозначения; термобаллон и манометр, работающий с ним имеет одно и тоже позиционное обозначение. Буёк (поплавок) уровнемера не имеет своего графического, а следовательно, и позиционного обозначения. Отдельными приборами, не входящим в комплекты (стеклянными термометрами расширения. пружинными показывающими манометрами, регуляторами прямого действия и т.п.), присваивают позиции, состоящая только из цифры (1, 2, 3, и т.д.), - например.

Электрическим приборам и аппаратам на ФСА можно присваивать обозначения, принятые в электрических схемах управления. В отдельных случаях, когда позиционное обозначение не помещается в окружности, наносят его вне пределов окружности.

Графические обозначения элементов автоматических устройств, установленных непосредственно на аппаратах и трубопроводах, наносят на изображения аппаратов, машин и трубопроводов в местах, соответствующих их действительному расположению. К таким элементам относятся отборные устройства, жидкостные термометры расширения, термоэлектрические преобразователи, термобаллоны, сужающие устройства, расходомеры постоянного перепады давления, счетчики, регулирующие органы, исполнительные механизмы.

Применяется два способа построения условных графических обозначений автоматических устройств: упрощенный и развёрнутый.

Преобразователи сигналов и вычислительные устройства при развернутом способе построения условных обозначений изображают следующим образом:

Надписи, расшифровывающие вид преобразования или операции, наносят справа от графического обозначения преобразователя или вычислительного устройства.

Во избежание неправильного понимания схемы допускается вместо условных обозначений приводить полные наименования преобразуемых сигналов, например: «э.д. с/ток» или «электрический/пневматический».

Связи между автоматическими устройствами на ФСА изображают сплошными тонкими линиями. При любом числе проводов или труб, связующих два устройства, проводят одну линию (толщина линии связи 0,2 - 0,3 мм), на ней указывают предельные (максимальные и минимальные) значения измеряемых или заданные значения регулируемых параметров.

Если схема сложна, рекомендуется применять адресный метод изображения связи между приборами. При этом соединительную линию разрывают и каждому её концу присваивают одну и ту же арабскую цифру.

Если средства автоматизации поставляются вместе технологическим оборудованием, то на поле схемы делают пометку, например: «Приборы 1а, 1г, 1в поставляются комплектно с компрессором».

Для однотипных технологических объектов, имеющих один общий щит с приборами, на ФСА рекомендуется показывать лишь один объект; приборы же изображают для всех объектов. Примеры выполнения ФСА в случаях, когда параметры имеют одинаковые параметры, а также когда параметры имеют различные значения, приведены.

Список литературы

1. И.И. Мартыненко, Б.Л. Головинский и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов - М.: Агропромиздат, 1985. - 335 с., ил. - (Учебник и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений).

2. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. для техникумов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1985. - с., ил.

Размещено на Allbest.ru