Технические средства автоматизации
Рачков М.Ю.
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
Технические средства автоматизации позволяют создать на своей базе системы, выполняющие в автоматическом режиме как технологические производственные операции, так и работы, проводимые в экстремальных условиях и опасные для человека. К последним относятся, например, работы на атомных станциях в условиях радиоактивности, тушение пожаров, работы на высотных конструкциях, на больших глубинах и разминирование.
Технические средства автоматизации производств включают в себя станки и системы ЧПУ, промышленные роботы, системы автоматического контроля, автоматические транспортные системы и автоматизированные складские системы.
Современное производство стремительно развивается в направлении автоматизации с широким использованием компьютерных технологий и робототехнических систем, позволяющих быстро перестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий.
гибкой производственной системы
Принципиальной особенностью ГПС являлось наличие новой компоненты — компьютерной системы управления, обеспечивающей возможность увязки отдельных процессов, функций и задач в единую систему.
компьютеризированного интегрированного производства
интегрированной автоматизированной системы управления
Практика показала, что из всех задач ИАСУ наиболее типизируемыми оказались задачи автоматизации проектирования и подготовки производства, а также задачи уровня управления предприятием (АСУП).
В начале 90-х годов на рынке появились самостоятельные программно-технические решения, пригодные для использования на предприятиях с различным уровнем автоматизации, в том числе и вне КИП в его классическом понимании. Возникли новые устойчивые понятия: CAD/CAM/CAE и MRP (MRPII).
Первое понятие — CAD (Computer Aided Design)/ CAM (Computer Aided Manufacturing) /CAE (Computer Aided Engineering) — обозначает комплекс программных средств компьютерного проектирования, подготовки производства и инженерных расчетов. Второе понятие — MRP (Materials Requirement Planning — планирование потребностей в материалах), а позднее MRP II (Manufacturing Resource Planning — управление производственными ресурсами).
Оно стало общепринятым обозначением комплекса задач управления деятельностью предприятия: планирования производства, материально-технического снабжения, управления финансовыми ресурсами и других.
Автоматизация управления предприятием
... управления ресурсами. Эта подсистема обеспечивает автоматизацию сопровождения основного процесса производства и оптимизацию ресурсов, используемых в этом процессе. С автоматизации такого участка деятельности, как правило, и начинается внедрение информационной системы предприятия. ...
жизненный цикл
Анализ развития информационных технологий в производственных задачах показывает, что одним из направлений движения является все более полный охват стадий жизненного цикла продукции. Гибкие производственные системы решали задачи, касающиеся исключительно производства изделий. В компьютеризированном интегрированном производстве круг задач значительно расширился и включил в себя разработку, проектирование и изготовление, материально-техническое обеспечение и другие задачи предприятия.
Система автоматизированного проектирования
Задача разработки САПР к началу нынешнего столетия трансформировалась в задачу создания CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) — технологии обеспечения непрерывности поставок и жизненного цикла изделия. Русскоязычное наименование этой концепции и стратегии — Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий (ИЛИ).
Важнейшей особенностью CALS-технологий является не локальная, а интегрированная компьютеризация, обеспеченная единой информационной средой, основанной на электронном документообороте. CALS-технологии активно применяются, прежде всего, при разработке и производстве сложной наукоемкой продукции.
Реализацию методов вычислительной механики в целях решения прикладных задач при разработке технических изделий на основе использования высокопроизводительной вычислительной техники обеспечивают компьютерные технологии инженерного анализа, которые являются частью единой информационной системы, реализующей CALS-технологии.
Manufacturing Execution System)
Технические средства автоматизации работ, опасных для человека, включают в первую очередь мобильные робототехнические системы с встроенными компьютерами и бортовым технологическим оборудованием. Эти системы, как правило, должны обладать искусственным интеллектом для самостоятельного принятия решений в зависимости от изменяющейся внешней ситуации и состояния их внутренних функциональных составляющих.
В учебнике отражены современный уровень развития средств автоматизации и тенденции их дальнейшего совершенствования.
1. СОСТАВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ
1.1 Классификация технических средств автоматизации
Технические средства автоматизации (ТСА) предназначены для создания систем, выполняющих заданные технологические операции, в которых человеку отводятся, в основном, функции контроля и управления.
электрические
исполнительные механизмы
Исполнительный элемент -, Регулирующий элемент
электродвигатель
Электрический привод -, Электрический сервомеханизм, Механическая передача
источники питания
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/tehnicheskie-sredstva-avtomatizatsii/
Пневматические и гидравлические исполнительные устройства — это устройства, в которых в качестве энергоносителя используется соответственно газ и жидкость под определенным давлением. Эти системы занимают прочное место среди других средств автоматизации благодаря своим преимуществам, к которым, в первую очередь, относятся надежность, устойчивость к механическим и электромагнитным воздействиям, высокий коэффициент отношения развиваемой мощности приводов к собственному весу и пожаровзрывобезопасность.
Основная задача исполнительного устройства состоит в том, чтобы усилить сигнал, поступающий на его вход, до уровня мощности, достаточного для того, чтобы оказать требуемое воздействие на объект в соответствии с поставленной целью управления.
Автоматизация систем управления в образовании
... г.Ярославля уровни автоматизации управления конкретизируются следующим образом: АСУ ТП реализовано программной системой АСИОУ "Школа". Применительно к сфере образования ее можно назвать АСУ ОП, то есть "автоматизированная система управления образовательным процессом", так как ...
Важным фактором при выборе исполнительного элемента является обеспечение заданных показателей качества системы при имеющихся энергетических ресурсах и допустимых перегрузках.
Характеристики исполнительного устройства должны определяться из анализа автоматизируемого процесса. Такого рода характеристиками исполнительных устройств и сервомеханизмов являются энергетические, статические, динамические характеристики, а также технико-экономические и эксплуатационные характеристики.
Обязательным требованием к исполнительному приводу является минимизация мощности двигателя при обеспечении требуемых значений скоростей и моментов. Это приводит к минимизации энергетических затрат. Весьма важными факторами при выборе исполнительного устройства или сервомеханизма являются ограничения по массе, габаритным размерам и надежности.
Важными составляющими систем автоматизации являются усилительные и корректирующие устройства. Общими задачами, решаемыми корректирующими и усилительными устройствами систем автоматики, являются формирование требуемых статической и частотной характеристик, синтез обратных связей, согласование с нагрузкой, обеспечение высокой надежности и унификация устройств.
Усилительные устройства
Особые требования, предъявляемые к корректирующим элементам систем с переменными параметрами — возможность и простота перестройки структуры, программы и параметров корректирующих элементов. Усилительные устройства должны удовлетворять определенным техническим условиям по удельной и максимальной выходной мощности.
По структуре усилительное устройство представляет собой, как правило, многокаскадный усилитель со сложными обратными связями, которые вводятся для улучшения его статических, динамических и эксплуатационных характеристик.
Усилительные устройства, применяемые в системах автоматизации, можно подразделить на две группы:
1) электрические усилители, имеющие электрические источники питания;
2) гидравлические и пневматические усилители, использующие в качестве основного энергоносителя соответственно жидкость или газ.
К электрическим усилителям относятся электронные вакуумные, ионные, полупроводниковые, диэлектрические, магнитные, магнитно-полупроводниковые, электромашинные и электромеханические усилители.
Квантовые усилители и генераторы составляют особую подгруппу устройств, используемых в качестве усилителей и преобразователей слабых радиотехнических и других сигналов.
Корректирующие устройства
В зависимости от вида включения в систему линейные корректирующие устройства подразделяются на три типа: последовательные, параллельные корректирующие элементы и корректирующие обратные связи. Использование того или иного типа корректирующих устройств определяется удобством технической реализации и эксплуатационными требованиями.
Корректирующие элементы последовательного типа целесообразно применять, если сигнал, величина которого функционально связана с сигналом ошибки, является немодулированным электрическим сигналом. Синтез последовательного корректирующего устройства в процессе проектирования системы управления наиболее прост.
Корректирующие элементы параллельного типа удобно использовать при формировании сложного закона регулирования с введением интеграла и производных от сигнала ошибки.
Надёжность систем автоматизации
... режимах и условиях эксплуатации. Функции системы определяются целевым ее назначением. Автоматизированная система управления - это многофункциональная система. Вследствие воздействия возмущающих воздействий система ... надежности и т.д. Даже такая сложная система, как АСУ ТП, может рассматриваться как элемент более сложной системы управления предприятием. Разделение автоматической системы на элементы ...
Корректирующие обратные связи, охватывающие усилительные или исполнительные устройства, находят наиболее широкое применение благодаря простоте технической реализации. В этом случае на вход элемента обратной связи поступает сигнал сравнительно высокого уровня, например, с выходного каскада усилителя или двигателя. Использование корректирующей обратной связи позволяет уменьшать влияние нелинейностей тех устройств системы, которые ими охватываются, следовательно, в ряде случаев удается улучшить качество процесса регулирования. Корректирующая обратная связь стабилизирует статические коэффициенты охватываемых устройств в условиях действия помех.
В системах автоматического регулирования и управления используются электрические, электромеханические, гидравлические и пневматические корректирующие элементы и устройства. Наиболее просто электрические корректирующие устройства реализуются на пассивных четырехполюсниках, которые состоят из резисторов, конденсаторов и индуктивностей. Сложные электрические корректирующие устройства включают также разделительные и согласующие электронные элементы.
В электромеханические корректирующие устройства, кроме пассивных четырехполюсников, входят тахогенераторы, импеллеры, дифференцирующие и интегрирующие гироскопы. В ряде случаев электромеханическое корректирующее устройство может быть реализовано в виде мостовой схемы, в одну из плеч которой включен электрический двигатель исполнительного устройства.
Гидравлические и пневматические корректирующие устройства могут состоять из специальных гидравлических и пневматических фильтров, включаемых в обратные связи основных элементов системы, или в виде гибких обратных связей по давлению (перепаду давлений), расходу рабочей жидкости, воздуха.
Корректирующие элементы с перестраиваемыми параметрами обеспечивают адаптивность систем. Реализация таких элементов осуществляется с помощью релейных и дискретных устройств, а также ЭВМ. Подобные элементы принято относить к логическим корректирующим элементам.
ЭВМ, функционирующая в реальном масштабе времени в замкнутом контуре управления, имеет практически неограниченные вычислительные и логические возможности. Основной функцией управляющей ЭВМ является вычисление оптимальных управлений и законов, оптимизирующих поведение системы в соответствии с тем или иным критерием качества в процессе ее нормальной эксплуатации. Высокое быстродействие управляющей ЭВМ позволяет, наряду с основной функцией, выполнять целый ряд вспомогательных задач, например, с реализацией сложного линейного или нелинейного цифрового корректирующего фильтра.
При отсутствии ЭВМ в системах наиболее целесообразно применять нелинейные корректирующие устройства как обладающие наибольшими функциональными и логическими возможностями.
Регулирующие устройства, Измерительные устройства
преобразующими устройствами
Вычислительные устройства средств автоматизации, как правило, строятся на базе микропроцессорных средств.
Летательный аппарат как объект регулирования
... РМ - рулевая машинка; ОС - устройство обратной связи; ОСрм - устройство обратной связи рулевой машинки Задающее устройство (ЗУ) служит для введения в AП ... Исследование передаточной функции ЛА Передаточная функция летательного аппарата по возмущающему воздействию имеет вид: Составим ... Oz (рисунок.1). Рисунок 1. К выводу уравнений продольного движения. На ЛА действуют следующие внешние силы: ...
Микропроцессор
Основными техническими параметрами микропроцессоров являются разрядность, емкость адресуемой памяти, универсальность, число внутренних регистров, наличие микропрограммного управления, число уровней прерывания, тип стековой памяти и число основных регистров, а также состав программного обеспечения. По разрядности микропроцессоры подразделяются на микропроцессоры с фиксированной разрядностью и модульные микропроцессоры с изменяемой разрядностью слова.
Микропроцессорными средствами
Конструктивно микропроцессорные средства выполняются в виде микросхемы, одноплатного изделия, моноблока или типового комплекса, причем изделия нижнего уровня конструктивной иерархии могут использоваться в изделиях высшего уровня.
Микропроцессорные системы —
По области применения технические средства автоматизации можно подразделить на технические средства автоматизации работ на промышленных производствах и технические средства автоматизации других работ, важнейшим составляющим которых являются работы в экстремальных условиях, где присутствие человека опасно для жизни или невозможно. В последнем случае автоматизация осуществляется на базе специальных стационарных и мобильных роботов.
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АНАЛОГОВЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ
2.1 Общие сведения об автоматических регуляторах, Типы автоматических регуляторов.
WП (p) = kП
W ПД (p) = k П +k Д p ; W ПИД (p) = k П +k Д р +k И /p;
где k П , k И , k Д — параметры настройки AP; р — комплексная переменная. Теоретические законы регулирования нелинейных позиционных АР имеют следующий вид:
х = x 0 Sign ;
трехпозиционный
где x 0 — максимальное значение выходного сигнала АР; b, b 0 — параметры релейного элемента, характеризующие зоны нечувствительности и возврата (отпускания); b 0 <b.
Теоретические статические характеристики двухпозиционных АР аналогичны приведенным выше, если положить всюду x 0 = 0.
Фактические характеристики реальных АР отличаются от теоретических. Степень этого отличия зависит от структуры и конструктивного оформления АР.
Степень конструктивного совершенства линейных АР оценивают полосой частот [0, н ], внутри которой отличия теоретических и фактических амплитудно-фазовых характеристик регулятора несущественно сказываются на качестве переходных процессов в АСР. Для большинства промышленных АР, предназначенных для автоматизации инерционных ТОУ, величинами составляет 0,2-2 рад/с.
К современным АР помимо требований близости фактических и теоретических характеристик предъявляют ряд дополнительных эксплуатационных требований: безударное включение регулятора при переходе с дистанционного управления на автоматическое или с внешнего задания на внутреннее (при супервизорном управлении):
Структуры типовых регуляторов
... в качестве устройства обратной связи, вырождается в ступенчатый сигнал д (рис. 5). 4. ПИД-регулятор Закон регулирования W р (р) ... обратной связью Отрицательная обратная связь в регуляторе осуществляется по положению регулирующего органа путем подачи на вход устройства обратной связи сигнала с выхода сервопривода. Конструктивно обратная связь осуществляется с помощью механической, электрической ...
- ограничение командного аналогового сигнала по верхнему и нижнему уровням и сигнализация о достижении этих предельных значений;
- гальваническое разделение входных и выходных цепей АР; автоматическая коррекция параметров k П , k И , k Д для реализации адаптивных законов регулирования.
Электрические АР в зависимости от вида информационного и командного сигнала условно подразделяют на аналоговые, дискретные и цифровые.
аналоговых АР
дискретных АР
Аналоговые и дискретные АР с заданными теоретическими законами регулирования конструируют с помощью последовательно-параллельного соединения активных и пассивных элементов в корректирующие цепи и обратных отрицательных и положительных связей. При синтезе линейных АР с заданной передаточной функцией W p (p ) в прямых корректирующих цепях используют усилители с большими коэффициентами передачи k п 1, а в контурах обратной связи -активные или пассивные элементы с передаточной функцией W р -1 (p ) .
цифровых регуляторах
Структуры электрических регуляторов.
Рис. 2.1 . Типовые структурные схемы электрических регуляторов:
а —без обратной связи по положению ИМ; б —с обратной связью по положению ИМ; в —без обратной связи
Электрические контрольные сигналы (или один сигнал) у от датчиков регулируемых координат ТОУ вводят в измерительный блок (ИБ), где осуществляется их масштабирование, сглаживание и, в случае необходимости, суммирование. Результирующий сигнал у 1 поступает на элемент сравнения (ЭС), в котором из у 1 вычитается сигнал задания y з , получаемый в задатчике (ЗД) программного или ручного действия. Разбаланс вводят в функциональный блок, состоящий из усилителя (УС) с k п 1 и устройства обратной связи (ОС).
Сигналы у , y 1 , и выход функционального блока х имеют небольшую электрическую мощность и характеризуются информационным параметром -напряжением. Поэтому напряжение х поступает в усилитель мощности (УМ) с передаточной функцией W ум (p ) = 1, выходной сигнал которого х подают на исполнительный блок, состоящий из исполнительного механизма (ИМ) и регулирующего органа (РО).
В состав этого блока могут входить пускатели электродвигательных ИМ. При вариациях х и v 1 РО изменяет регулирующую координату и ТОУ (представляющую чаще всего расход вещества или энергии), что ведет к опосредованному изменению в нужном направлении регулируемой координаты у .
Для наладки АР и контроля за его работой в конструкции регулятора вводят индикаторы И разбаланса и выхода х. Для контроля за исполнением команд формирующего блока и построения нужных законов регулирования в АР предусматривают датчики положения ДП исполнительного механизма, имеющие электрический выходной сигнал.
закона регулирования
Так, для электрических АР без обратной связи по положению ИМ (рис. 2.1, а ) передаточная функция W p (p) равна произведению передаточных функций формирующего блока W ос -1 (р) и исполнительного механизма W им (p ) [чаще всего W им (p )=k им /р , k им -где коэффициент передачи]. В такой структуре нестабильность характеристик ИМ заметно влияет на закон регулирования АР.
Виды и принцип работы регуляторов
... Положительная обратная связь, наоборот, усиливает изменение выходного сигнала. Системы с сильной положительной обратной связью проявляют тенденцию к неустойчивости, в них могут возникать незатухающие колебания, т.е. система становится генератором. Регулятор -- в ...
В электрических АР с обратной связью по положению ИМ (рис. 2.1, б) вариации статических и динамических характеристик УС, УМ и ИМ слабо влияют на фактический закон регулирования. Последний зависит от характеристик УС, ИМ и, главным образом, обратной связи ОС.
В некоторых электрических АР используют статические ИМ с передаточной функцией W им (p )=k им . Для построения такого ИМ используют исполнительные механизмы с W им (p )=k им /р охваченные местной отрицательной обратной связью OC1 (на рис. 2.1, в показано пунктиром).
Такое соединение ИМ и OC1 , называемое позиционером, при достаточно большом k им в области низких часот близко к усилительному звену. При этом закон регулирования АР фактически не зависит от динамических характеристик ИМ с местной обратной связью.
Электрические АР с заданным законом регулирования строят с помощью параллельно включенных корректирующих цепей, каждая из которых состоит из усилителя УС и функционального устройства ФУ (интегратор, дифференциатор, инвертор и т.п.).
Выходные сигналы этих цепей вводят в дополнительный сумматор () и далее через усилитель мощности (УМ) на ИМ статического типа (рис. 2.1, в ).
В АР с параллельной структурой нет функциональной обратной связи, поэтому изменения динамических характеристик элементов УС, ФУ, существенно влияют на передаточную функцию всего регулятора.
Структуры электрических АР с позиционными законами регулирования обычно более просты, чем структуры линейных регуляторов. В позиционных АР используют релейные элементы с мощными выходными сигналами. Для коррекции параметров настройки b и b 1 релейных элементов иногда применяют местные обратные связи.
Конструктивное оформление электрических регуляторов.
функционально независимые устройства
агрегатных комплексов
Основные измерительные, регулирующие, вычислительные модули (блоки) агрегатного комплекса Каскад-2 приведены в табл. 2.5.
Большинство индивидуальных АР и агрегатных комплексов электрических средств автоматизации имеет независимые или встроенные блоки первичной обработки информации и ввода — вывода сигналов.
вычислительном блоке
Измерительные блоки
Измерительные блоки электрических АР, работающих в комплекте с индуктивными датчиками, построены на активных и пассивных цепяхи элементах. В этих блоках входной сигнал переменного тока преобразуется в напряжение постоянного тока, причем полярность его определяется направлением разбаланса положения датчика.
Рис. 2.2 . Схемы блоков умножения (а), деления (б), извлечения квадратного корня (в)
Рис. 2.3. Схема измерительного блока для работы с датчиками постоянного т о ка
Рис. 2.4. Схема сумматора токовых сигналов, Блоки ввода — вывода информации
Гальванические разделители ГР применяют в измерительных блоках комплекса «Каскад» для построения сумматоров токовых сигналов (рис. 2.4).
Электронные регуляторы температуры
... механические устройства. 1) В общем виде, устройство регуляторов температуры непрямого действия можно описать схемой: датчик температуры - электронный блок обработки и регулировки - регулирующий механизм ... биметалла. 3. Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электрические термометры более широкого диапазона ...
Сигналы у 1 -у 4 вызывают изменение напряжений на входных сопротивлениях R 1 разделителя (см. рис. 2.3), что ведет к появлению таких же вариаций напряжений на входе делителей Д1 -Д4 . Делитель напряжения Д5 , подключенный к источнику питания ИП, создает напряжение смещения. Сумма напряжений от делителей Д1 -Д6 вводится в усилитель УС, вырабатывающий выходной токовый сигнал.
2.2. Аналоговые регуляторы с импульсным выходным сигналом, Структуры формующих блоков регулятора.
аналого-позиционный преобразователь
Задача формирующего блока состоит в выработке последовательности импульсов с изменяющимся коэффициентом заполнения импульсов (скважностью) = / T (где — длительность импульса с периодом следования Т ).
Закон регулирования формирующего блока определяется только отрицательной инерционной обратной связью. При сравнительно небольшой зоне нечувствительности релейный элемент рассматривают как линеаризованный усилитель с k П >>1. Тогда динамику АПП можно описать инверсной передаточной функцией W ос -1 (p) отрицательной обратной связи. Подобная линеаризация означает, что выходной сигнал блока рассчитывается как среднее значение за период следования импульсов выходного напряжения. При однополярных импульсах с амплитудой v 0 среднее выходное напряжение v в = v 0 .
Рис. 2.5. Схема обратных связей для ПД-регулятора (а) и ПИД-регулятора (б)
В малогабаритных регулирующих приборах (в милливольтметрах типа МР-64-ОЗИП и электронных регуляторах температуры типов Ш4525-Ш4527), работающих совместно с термометрами сопротивления, однополярные импульсы напряжения либо непосредственно поступают на выход, либо включают встроенные реле, контакты которых используются для коммутации внешних цепей. Эти приборы применяют для широтно-импульсного управления электрической мощностью нагревателя.
инерционных обратных отрицательных связей
W ос (р )=k /(T 1 p +l),
где k =k 1 R 4 /R 0 ; T 1 =R 2 C 1 (R 3 +R 4 )/R 0 ; R 0 =R 2 +R 3 +R 4 ; k l — коэффициент передачи делителя на резисторе R 1 . Такая цепь формирует экспоненциально-дифференциальную обратную связь и создает ПД-регулятор с передаточной функцией
W р (р )=W ос -1 (р )=k р (1+T Д p ),
где k р =1/k ; T д = T 1 .
Цепь, представленная на рис. 2.5, б , имеет передаточную функцию
Автоматические регуляторы
... блока настроек. Задающее устройство должно вырабатывать высокостабильный сигнал задания (установку регулятора) либо изменять его по определенной программе. Сравнивающее устройство позволяет сопоставлять сигнал задания с сигналом обратной связи ... перемещению по точкам 4,5,6,1 статической характеристики. Интегральный регуляторы Автоматические регуляторы, у которых одному и тому же значению ...
W ос (р )=k 1 T 4 /[(T 1 p +l)(T 2 p +l),
где Т 1 = R 2 C 1 ; T 2 = (R 3 +R 4 )C 2 ; T 3 =R 2 C 2 ; T 4 =R 4 C 2 .
Такая цепь формирует экспоненциально-дифференциально-интегральную связь и создает ПИД-регулятор с передаточной функцией
W р (р )=k р (1+T Д р +1/pT и ),
где k p = T И /(k 1 T 4 ); T Д = Т 1 Т 2 /T И ; T И =Т 1 +Т 2 +T 3.
В рассмотренных регулирующих приборах значения величин Т д и Т и фиксированы, а настройке подлежит только величина k cp .
Импульсатор
Регуляторы с импульсным выходным сигналом предназначены в основном для работы совместно с электрическими исполнительными механизмами постоянной скорости. Такой комплекс формирует скользящий режим изменения положения регулирующего органа.
Стандартные электродвигательные исполнительные механизмы имеют встроенный датчик положения выходного вала. Для построения всех непрерывных законов регулирования, кроме пропорционального, датчик положения не нужен. При организации пропорционального закона сигнал с датчика положения используется для создания отрицательной связи в контуре аналого-позиционного преобразователя.
Плетнев Г.П. Автоматическое управление и защита теплоэнергетических установок электростанций. -3-е изд. перераб.-М.: Энергоатомиздат,1986.-344 с.
2.3 Формирование линейных законов регулирования в пульсирующем режиме
Автоматизация тепловых процессов на ТЭС в России в основном осуществляется на базе электрических регуляторов, включающих первичный прибор, регулирующий прибор и исполнительный механизм. Исполнительный механизм, конструктивно выполняемый в виде колонки дистанционного управления и электропривода с редуктором, размещается отдельно от регулирующего прибора и может управляться специальным ключом дистанционного управления.
В промышленных электрических регуляторах, имеющих структурную схему, изображенную на рис. 6.11, в качестве второй ступени усиления КУУ работает трехпозициопное реле. Регуляторы такого типа относятся к релейно-импульсным автоматическим регуляторам.
Рис. 6.11. Функциональная схема промышленного регулятора с нелинейным элементом в прямом канале усиления, охваченном обратной связью
В типовом регуляторе используется сервопривод с постоянной скоростью перемещения регулирующего органа V =1/T с , в качестве устройства обратной связи-RC-цепочка (инерционное звено первого порядка) с передаточной функцией W oc(p ) = k ОС /(1+Tp ) и кривой переходного процесса в виде экспоненты
где T=RC.
Рассмотрим характер перемещения сервопривода релейно-импульсного регулятора при подаче на вход измерительного блока 1 ступенчатого сигнала y*(t) (например, перемещением ручки задатчика).
На выходе первой ступени усиления 2 сигнал имеет значение x 1 =k 1 y*. При превышении этим сигналом зоны нечувствительности прямого хода трехпозиционного реле 3 x 1 >/2 (рис. 6.12), т. е. в момент времени t= 0 (рис. 6.13), произойдет включение реле и ступенчатый сигнал x рэ через пусковое устройство включит сервопривод 4, который начнет перемещаться с постоянной скоростью x’p(t)=V. Одновременно сигнал x рэ поступит на вход устройства обратной связи 5.
Рис. 6.12. Статическая характеристика трехпозиционного реле
Рис. 6.13. Кривая разгона ПИ-регулятора в пульсирующем режиме
Сигнал на входе RC-цепочки обратной связи x oc (t) будет изменяться по экспоненте в соответствии с уравнением. Поскольку обратная связь в данной схеме является отрицательной, нарастающий по экспоненте сигнал x oc (t) будет вычитаться в блоке сравнения 1 из постоянного сигнала y*(t), и в момент времени t 1 , когда их разность, усиленная в k раз, станет меньше зоны нечувствительности обратного хода /2-в трехпозиционного релейного элемента, последний отключится. Это приведет к разрыву цепи управления сервоприводом и остановке последнего. В то же время скачком исчезнет сигнал на входе устройства обратной связи. Конденсатор С начнет разряжаться через резистор R. Сигнал x ос начнет уменьшаться по экспоненте, а разность x 1 (t)=k[y*(t)-x оc (t)] возрастать из-за постоянства y*(t). В момент t 2 , когда х 1 вновь превысит зону нечувствительности прямого хода x 1 >/2, произойдет повторное включение реле в ту же сторону. Одновременно начнет перемещаться сервопривод регулятора, а ступенчатый сигнал x рэ вновь поступит на вход RC -цепочки обратной связи.
Описанный цикл будет повторяться до тех пор, пока на входе измерительного блока будет оставаться сигнал y*(t). Сервопривод при этом будет перемещаться до срабатывания концевого выключателя электрического двигателя. Соединив вершины ступенчатой линии перемещения сервопривода x p (t) прямой, получим идеализированный график переходного процесса регулятора с релейным усилителем, являющийся его реакцией на входной ступенчатый сигнал y*(t).
Полученная графическая зависимость x p (t) идентична переходному процессу линейного регулятора, ее наклон при t>t 1 определяется постоянной времени RC -цепочки обратной связи. Чем больше Т и чем меньше крутизна экспоненты x ос (t), тем меньше угол наклона графика переходного процесса регулятора x p (t) к оси времени. Иными словами, динамические свойства промышленного релейно-импульсного регулятора также определяются параметрами устройства обратной связи: k ос = и T =Т И , которые служат параметрами настройки ПИ-регулятора.
пульсирующего.
Математическое условие возникновения пульсирующего режима регулятора при подаче на его вход ступенчатого сигнала определяется из соотношения
где dx p (t)/dt=V= 1/T c -постоянная скорость перемещения регулирующего органа; k р и Т и- численные значения установленных в регуляторе параметров настройки; у* — ступенчатый сигнал на входе измерительного блока регулятора. Переписав последнее уравнение с учетом введенных обозначений и равенства k р =1/, получим
