МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ , МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ ТОРГОВЕЛЬНО-ЕКОНОМІЧНИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра технології та організації ресторанного бізнесу

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ З ДИСЦИПЛІНИ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ

ХТЕІ КНТЕУ АВП ПЗ

«Зараховано» Розробила

Кандидат технічних наук, студентка __ТХ-09__ навч. гр.

Професор В.П.Саморай ф-ту торгівлі, готельно -

«___»___________________20__ р. ресторанного та туристичного бізнесу

(ініціали, прізвище)

Давидова К.О.

«___»____________________20__ р.

Харків - 2012

Завдання

на самостійну роботу з дисципліни «Автоматизація виробничих процесів»

Варіант №7

1. Сформулювати основні поняття та принцип дії систем автоматичного регулювання.

2. На прикладі конкретної автоматичної системи регулювання технологічних процесів викласти основні її характеристики і принципи роботи.

3. Обґрунтувати основні умови стійкості системи автоматичного регулювання і дослідити її стійкість за відомою передавальною функцією Ф (Р), яка наведена у додатку 1.

4. Обґрунтувати критерій Гауса – Гурвіца для аналізу САР і дослідити її стійкість за заданою структурною схемою, яка показана на рис. 1. Коефіцієнт К взяти з додатку 1.

Х(Р)

У(Р)

Рис. 1

Література

1. М. М. Благовещенская, Н. О. Воронина, А. В. Казаков и др., «Автоматика и автоматизация пищевых производств». – М; Агропромиздат, 1991.

2. Л. В. Кіптела, «Автоматизація виробничих процесів» - Х; ХДАТОХ, 2002.

3. І. О. Конвісер, Г.А. Бублик, Т. Б. Паригіна, Ю. М. Григорьєв «Устаткування закладів ресторанного господарства». К: КНТЕУ, 2005.

Вступ

Автоматичні системи почали створюватися людьми досить давно. Проте перші теоретичні дослідження не дали помітних результатів. Значні успіхи прийшли тільки у другій половині XIX століття.

Наприклад, у 1892 році робота професора Харківського університету А.М.Ляпунова «Про стійкість руху» положила початок обґрунтування принципів побудови регуляторів і умови забезпечення їх стійкості та точної роботи.

З другої половини XIX століття автоматичні пристрої стали впроваджуватися не тільки в практику побудови парових машин, але і в інших галузях техніки.

Велике значення мало створення регуляторів напруг електричних генераторів. Саме після цього електроенергія стала широко використовуватися для приводу виробничого обладнання. Для цього було необхідним теоретичне обґрунтування принципів побудови регуляторів напруги.

Бурхливий розвиток усіх галузей науки, техніки та промисловості в тому числі і технологічні процеси харчових галузей промисловості, який проходив в першій половині XX століття. Потребував інтенсивного розвитку техніки автоматичного регулювання, яка прийняла на початок 50-х років минулого століття сучасний вигляд.

Автоматизація виробничих процесів харчових галузей промисловості має враховувати суттєві особливості, такі як:

• переробка продуктів, які швидко псуються і мають різноманітний асортимент;

• необхідність чіткої організації процесів переробки та її оптимального режиму;

• суворе дотримання заданих рецептур;

• урахування показників якості сировини, які залежать від району вирощування, терміну і умов транспортування, зберігання, тощо.

• Широке застосування безперервних технологічних процесів та поточних ліній для випуску продукції;

• Застосування фізико - хімічних та біохімічних методів переробки харчових продуктів, тощо.

Відмічені особливості враховуються при застосуванні автоматизації виробничих процесів. При цьому персоналу, який пов'язаний з харчовим виробництвом, необхідно мати глибокі теоретичні та практичні знання з питання автоматизації виробництва, її функціонування і експлуатації.

1. Основні поняття.

Сучасна теорія автоматичного регулювання оперує великою кількістю специфічних понять. Розглянемо основні з них.

По – перше виділимо поняття об’єкта регулювання. Об'єктом регулювання (ОР) називається об’єкт, для досягнення бажаного результату функціонування якого необхідні та допустимі спеціально організовані дії. Об'єктами регулювання можуть бути як окремі об’єкти, виділені за визначеними ознаками (наприклад: конструктивними або функціональними), так і сукупність об’єктів – комплекси. При цьому для кожного об’єкта регулювання є свій алгоритм функціонування (сукупність наказів, правил, кроків, ведучих до необхідного протікання процесів в об’єкті).

Об'єкт регулювання є найважливішим елементом автоматичної системи регулювання (САР), від властивостей якого в значній мірі залежить вибір автоматичного регулятора.

Об'єкти регулювання відрізняються великою кількістю особливостей. Це можуть буди теплові апарати, у яких регулюється температура або тиск; електричні двигуни, швидкість обертання валу в яких повинна бути постійною, або змінюватись по заданому закону; резервуари з регульованим рівнем рідини, тощо.

Не зважаючи на таку різноманітність, можна визначити об’єкти регулювання, які мають однакові властивості, для опису яких застосовують принципи математичного моделювання. В цьому випадку поведінка об’єкта регулювання описуються математичними рівняннями, які зв’язують вхідні і вихідні величини (сигнали) об’єкта регулювання. В цьому випадку фізична природа сигналів і об’єктів не має значення.

З урахуванням відміченого можна виділити декілька типів об’єктів регулювання, які мають однакові властивості.

Зазвичай об’єкт регулювання має дві вхідні величини, одна з яких є зовнішнім збуренням λ, яка прагне змінити стан об’єкта, друга – регулююча (керуюча) дія μ, яка прагне повернути об’єкт регулювання в початковий стан. Коли вхідні величини λ і μ зрівняються, об’єкт регулювання повернеться в стан рівноваги (рис. 2)

μ

λ

Х _вих

ОР

Рис. 2

Вихідною величиною об’єкта регулювання є регульований параметр (величина) Х_вих. В стані рівноваги об’єкта значення регульованого параметра стає постійним - Х_вих = const.

Такий режим об’єкта регулювання називається статичним. При порушенні рівноваги між притоком і відтоком, наприклад, енергії або речовини в об’єкті, регульований параметр починає змінюватися зі швидкістю, яка пропорційна різниці між двома вхідними величинами. В цьому випадку маємо динамічний режим роботи.

Оскільки на об’єкті регулювання постійно діють різноманітні збурення, то динамічний режим роботи є більш характерним.

Для динамічного визначення властивостей об’єкта регулювання необхідно дати його математичний опис ( модель). За основу математичної моделі об’єкта приймають рівняння матеріального або енергетичного балансу. Рівняння статичного (сталого) режиму роботи, коли збурення і величина навантаження приймаються постійними, є лінійними.

Для опису динамічного режиму роботи складаються диференційні рівняння, які визначають поведінку об’єкта в перехідному процесі, тобто в процесі переходу об’єкт з одного стану рівноваги в другий, при дії збурення, або після його дії. Об'єкти регулювання мають властивості накопичувати енергію або речовину. Ця властивість називається ємністю об’єкта. Наприклад, теплова шафа або термостат здатні накопичувати тепло, тому їх ємність буде загальна теплоємність апарата; резервуар має властивість накопичувати рідину, гази і сипучі тіла, і його ємністю буде об'єм резервуара.

Речовина або енергія, рухаючись в об’єкт, зустрічають на своєму шляху опір. Якщо в об’єкті регулюється температура, то опором є термічний опір матеріалу з якого зроблені частини об’єкту на шляху теплового потоку. В електричних об’єктах – це активний опір елементів електричному струму.

Об'єкти регулювання, які складаються з однієї ємності і опору називаються одноємкостними. Динамічні властивості одноємкостного об’єкта описуються диференційними рівняннями першого порядку. Прикладами таких об’єктів можуть бути: теплова шафа, електрофритюрниця безпосереднього підігріву, нагрівач води тощо.

Багатоємністні об’єкти, які мають дві, три і більше ємностей, які з’єднані послідовно через опори, описуються диференційними рівняннями порядку відповідного до числа ємностей: для двухємностного об’єкта – другого порядку, для трьохємностного – третього порядку і т. і. Прикладами багатоємністних об’єктів можуть бути електричний харчо варильний котел, кожухотрубний теплообмінник, сковороди з непрямим обігрівом тощо.

Наступним поняттям теорії автоматичного регулювання (управління) є поняття регулюючого діяння. Регулюючим діянням називається таке діяння на об’єкт регулювання, яке призначене для досягнення мети регулювання. Прикладом регулюючого діяння можуть бути: збільшення енергії, наприклад електричної, при зниженні температури в тепловому апараті тощо.

Важливим визначенням є поняття регулювання. Відомі декілька значень поняття регулювання. Найбільш точно поняття регулювання (керування) визначає ДСТУ. Даним документом під регулюванням розуміють процес, який забезпечує необхідне при використанні за призначенням: протікання технологічних процесів; перетворення енергії, речовини та інформації; підтримка працездатності та безаварійності функціонування об’єкта шляхом збору та обробки інформації про стан об’єкта та зовнішнього середовища, опрацювання рішень про діяння на об’єкт та їх виконання.

Наведене вище можна проілюструвати наступною блок – схемою.(рис 3)

Рис. 3

Більш простою мовою, однак не сперечаючись з вищезазначеним визначенням, регулюванням можна назвати процес вироблення та здійснення регулюючих діянь. При цьому здійснення регулюючих діянь включає збір, передачу та обробку необхідної інформації, прийняття рішень, які обов’язково включають визначення керуючих дій і, при необхідності, перетворення їх у форму, яку безпосередньо сприймає об’єкт регулювання.

При характеристиці регулювання використовують поняття алгоритму регулювання. Алгоритмом регулювання називають сукупність наказів, правил, кроків, які визначають характер та величину регулюючих дій на об’єкти регулювання з метою виконання ним заданого алгоритму функціонування.

Тепер можливо розкрити поняття – автоматичне регулювання. Автоматичне регулювання – це регулювання, здійснене без участі людини. Технічні пристрої, які здійснюють автоматичне регулювання називають автоматичними регулюючими пристроями. Прості регулюючи пристрої називають регуляторами, а складні – системами автоматичного регулювання (САР).

Розглянемо тепер поняття автоматичної системи регулювання. САР називають сукупність взаємодіючих між собою об’єкта регулювання та автоматичного регулюючого пристрою.

Звернемо увагу на одну особливість функціонування САР. У реальних об’єктах регулювання завжди існують причини, які відхиляють регульовану величину від бажаного закону її зміни. Ці причини, які заважають досягненню мети регулювання прийнято називати збурювальними діями чи просто збуренням. Ми їх будемо позначати літерою λ. Збурення різноманітні. Більшість з них є збурення навколишнього середовища. До них, наприклад, відносять зміни температури, тиску і т. і. Можливі також збурення, викликані різними несправностями або порушеннями правил користування тощо.