МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ
Донецкий национальный университет экономики и торговли
имени Михаила Туган-Барановского
Кафедра общеинженерных дисциплин
Гладкая А. Д.
Автоматизация производственных процессов.
Конспект лекций
Для студентов дневной и заочной форм учебы
направлению подготовки 050503 «Машиностроения»
Специализации «Оборудования перерабатывающих и пищевых производств»
|
|
Утверждено на заседании кафедры общеинженерных дисциплин № 26 от 21 03. 2011 г. |
Донецк – 2011
СОДЕРЖАНИЕ
1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2
1.2.3
|
Общие сведения об автоматических системах ......... Основные понятия и определения................ Функциональные и принципиальные схемы автоматизации…………… Проектирование автоматических систем ………………………... Функциональные схемы автоматизации типовых объектов пищевых производств ……………………………………………. Принципиальные электрические схемы …………………………
|
3 3 8 8
9 15 |
2
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 |
Прилади автоматики і функціональні елементи автоматичних припристроїв управління виробничими процесами …………. Первинні вимірювальні прилади……………………………………….. Автоматичні вимірювальні системи………………………………… Магнітні підсилювачі і реле……………………………………………. Промислові регулятори…………………………………………………. Виконавчі пристрої ………………………………………………………
|
24 24 119 158 206 221
|
3 3.1 3.2 3.3 |
Елементи теорії систем автоматичного регулювання …………. .. Основні властивості об'єктів регулювання………………………… Типові перехідні процеси САР…………………………………………. Основи дискретної автоматики……………………………………… |
256 256 263 271 |
4 4.1 4.2 4.3 4.4 |
Автоматичне устаткування галузі………………………………… Автоматизація теплового устаткування…………………………... Автоматизація холодильного устаткування………………………. Автоматизація механічного устаткування………………………… Автоматизація харчових виробництв……………………………….. |
272 272 313 314 335 |
1. Общие сведения об автоматических системах
1.1. Основные понятия и определения
Автоматика - отрасль науки и техники, изучающая принципы построения систем управления производственными процессами, действующими без участия человека.
Автоматизация - направление технического прогресса на совершенствование производственных процессов, протекающих без участия человека.
Совокупность технических устройств, используемых для управления, называют системой управления.
Технические устройства, которые применяются в системах управления, называются техническими средствами автоматизации. Средства, предназначенные для получения информации о состоянии объекта управления, называются средствами измерений.
В зависимости от степени участия человека-оператора в управлении различает следующие системы:
- ручного дистанционного управления, в которых функции переработки измерительной информации, определения необходимых управляющих воздействий и их реализация (с помощью технических средств дистанционного управления) выполняет человек;
- автоматизированные, в которых человек выполняет только часть функций системы управления;
- автоматические, в которых процесс управления протекает без непосредственного участия человека.
Различают следующие виды автоматических систем:
- система автоматического контроля ( САК);
- система автоматического регулирования ( САР).
Система автоматического контроля включает в себя контролируемый объект (КО), измерительное устройство (ИУ) и показывающее (сигнализирующее ) устройство (ПУ). - рисунок 1 - 2.
Система автоматического регулирования включает в себя контролируемый объект (КО). Для оценки хода процесса используется измерительное устройство (ИУ), вырабатывающее сигнал о текущем значении регулируемой величины. Этот сигнал поступает на автоматический регулятор (АР), сравнивающий текущее значение регулируемой величины с заданным.
Рисунок 1 - Структурная схема САК |
Рисунок 2 – Функциональная схема САК |
Для
установки заданного значения используется
задающее устройство (ЗУ), вырабатывающее
сигнал
.
При наличии разности между контролируемой
и заданной величиной регулятор формирует
сигнал управления
,
который преобразуется исполнительным
механизмом (ИМ) в перемещение (срабатывание)
регулирующего органа (PO), изменяющее
значение входной величины (рисунок 3 -
4).
Рисунок 3 - Структурная схема САР |
Рисунок 4 - Функциональная схема САР |
Автоматические системы регулирования классифицируются по нескольким признакам:
По принципу регулирования САР - делят на действующие по отклонению, возмущению и комбинированные.
Наибольшее
распространение получили САР, называемые
одноконтурными и работающие по отклонению
регулируемой величины
от
заданного значения
- (рисунок 5,
а).
Рисунок 5 - САР, действующие по: а) отклонению;
б) возмущению; в) комбинированные
В
них при появлении отклонения
регулятор вырабатывает регулирующее
воздействие на объект с целью привести
регулируемую величину к заданному
значению. В таких САР регулирующее
воздействие осуществляется независимо
от числа, вида и места появления
возмущений. САР по отклонению являются
замкнутыми, регулятор в них включен по
принципу отрицательной обратной связи,
т.е. сигнал, преобразуясь, передается с
выхода объекта регулирования на его
вход.
При
регулировании по возмущению (рис. 5, б)
регулятор АРв
получает информацию о текущем значении
основного возмущающего воздействия
z1.
При изменении его и несовпадении с
номинальным значением zзд.
регулятор формирует регулирующее
воздействие хрв
направляемое на объект. В таких САР
возмущающее воздействие может быть
компенсировано еще до появления
отклонения на выходе объекта. Обычно
такие САР строят по основному возмущению,
например, по нагрузке объекта. Нагрузкой
является количество энергии или вещества,
расходуемого при технологическом
процессе в объекте. В контур регулирования
такой САР не поступают сигналы о текущем
значении регулируемой величины
,
поэтому САР не реагирует на ее изменения
в результате действия других возмущений.
В комбинированных САР (рисунок 5, в) совместно используются принципы регулирования по отклонению и по возмущению. В результате удается получить более высокое качество регулирования.
По характеру изменения заданного значения регулируемой величины САР подразделяются на системы автоматической стабилизации, в которых заданное значение устанавливается постоянным;
- системы программного управления, в которых заданное значение регулируемой величины изменяется во времени по некоторому заранее заданному закону - программе;
- следящие системы, в которых заданное значение является функцией внешней независимой технологической величины. Разновидностью следящих систем являются системы регулирования соотношения двух величин, например расходов двух продуктов.
При действии на вход объекта возмущения на его выходе появляется отклонение регулируемой величины и, следовательно, начинает работать автоматический регулятор.
В результате в системе протекает процесс регулирования выходной величины, или переходной процесс. Он может быть не колебательным (периодическим) - рисунок 6, а; колебательным затухающим - рисунок 6, б; колебательным незатухающим с постоянной амплитудой колебаний - рисунок 6, в и колебательным расходящимся с увеличивающейся амплитудой - рисунок 6, г.
Рисунок 6 – Форма процесса регулирования выходных величин
АСР, в которых проходит колебательный процесс с увеличивающейся амплитудой, неработоспособны, т. к. с течением времени отклонение регулируемой величины от заданного значения возрастает, а не уменьшается. Такие АСР называются неустойчивыми.
Если в системе возможен переходный колебательный процесс с постоянной амплитудой колебаний, то такая АСР находится на границе устойчивости. Практически она тоже неработоспособна, т. к. любые незначительные изменения параметров объекта могут стать причиной превращения ее в неустойчивую АСР.
Устойчивыми являются АСР, в которых протекают периодические или колебательные затухающие переходные процессы.