
- •2010 Кгэу введение в курс «технические средства автоматизации и управления»
- •Лекция №1 Типовые структуры и средства систем автоматизации и управления технологическими процессами. Классы и типовые структуры сАиУ. Основные понятия и определения.
- •Общие сведения
- •Классификация датчиков
- •Основные принципы
- •Примеры и применение
- •Исполнительное устройство
- •Дополнительный блок
- •Противоаварийная защита – паз
- •Методы стандартизации и структура технических средств автоматизации.
- •Структура комплекса асутп.
- •Характеристики элементов регулирования и управления
- •Лекция №3 Комплексы технических средств, программно-технические комплексы. Аппаратно-программные средства распределенных сАиУ.
- •Технические средства верхнего уровня:
- •Контрольно-измерительные средства сАиУ.
- •Лекция №4 Технические средства получения информации о состоянии объекта управления, датчики, измерительные преобразователи. Гсп. Назначение, классификация, принципы построения ип.
- •Государственная система приборов и средств автоматизации промышленного назначения
- •Унификация средств автоматизации.
- •Назначение, классификация, принципы построения ип.
- •Лекция №5 Назначение, основные группы датчиков и физические принципы действия.
- •Классификация датчиков
- •Лекция №6 Методы измерения линейных и угловых перемещений. Датчики скорости (частоты вращения), положения. Датчики линейных перемещений
- •Обзор методов измерения
- •Резистивные чувствительные элементы
- •Индуктивные датчики
- •Емкостные чувствительные элементы
- •Датчики скорости (частоты вращения).
- •Бесконтактные датчики положения механизмов
- •Лекция №7 Средства измерения температуры
- •Методы и технические средства измерения температуры
- •Лекция №8 Средства измерения давления. Измерение механических усилий, давления и разряжения.
- •Особенности эксплуатации приборов для измерения давления
- •Манометр
- •Вакуумметр
- •Лекция №9 Измерение расхода пара, газа и жидкости.
- •Вихреакустические преобразователи
- •Вихревые преобразователи
- •Массовые кориолисовые расходомеры и плотномеры
- •Расходомеры вихревые
- •Расходомеры электромагнитные
- •Метод переменного перепада давления
- •Лекция №10 Уровнемеры. Методы и приборы для измерения уровня.
- •Методы и приборы для измерения уровня что необходимо учитывать при выборе уровнемера?
- •При выборе средств измерений уровня учитывается:
- •Радарный уровнемер
- •Ультразвуковые уровнемеры
- •Волноводный уровнемер
- •Датчики гидростатического давления (уровня)
- •Приборы магнитоэлектрической системы
- •Приборы электромагнитной системы
- •Приборы электродинамической системы
- •Приборы индукционной системы
- •Приборы сравнения. Принцип работы потенциометра
- •Автоматические электрические потенциометры
- •Метод измерения сопротивления
- •Использование электроизмерительных приборов
- •Лекция №12 Оптоволоконные датчики. Интеллектуальные датчики и измерительные преобразователи.
- •Интeллeктyaльныe cpeдcтвa измepeний
- •Исполнительные устройства и механизмы.
- •Лекция №13 Технические средства использования командной информации и воздействия на объект управления. Исполнительные устройства и механизмы.
- •Классификация исполнительных механизмов и регулирующих органов
- •Терминология
- •Лекция №14 Исполнительные механизмы. Классификация и основные характеристики.
- •Исполнительные механизмы (им) классифицируются по следующим признакам:
- •Основные элементы электрических им
- •Эксплуатационные характеристики им:
- •Позиционеры
- •Управление им
- •Типы устройств, рекомендуемых для управления механизмами
- •Лекция №15 Электродвигательные и электромагнитные им.
- •Электромагнитные им.
- •Лекция №16 Регулирующие органы.
- •Регулирующие органы дроссельного типа.
- •Лекция №17 Частотно-регулируемый привод. Проекты асу технологических процессов и установок коммунального хозяйства с применением частотно-регулируемых приводов.
- •Управляющие устройства.
- •Лекция №18 Технические средства обработки, хранения информации и выработки управляющих воздействий Система управления
- •Типы систем автоматического управления
- •Регулятор (теория управления)
- •Лекция №19 Контроллеры и регуляторы
- •Общие сведения
- •Контроллеры.
- •Лекция №20 Программируемые логические контроллеры.
- •Промышленные информационные сети.
- •Лекция №22 Промышленные информационные сети в системах автоматизации и управления технологическими процессами, их назначение и классификация. В качестве введения
- •Фабрика будущего
- •Текущее состояние
- •"Закрытые" и "открытые" системы связи
- •Модель взаимосвязи открытых систем
- •Применение osi-модели в промышленных сетях
- •2. Основные сетевые топологии
- •Структура "звезда"
- •Структура "кольцо"
- •Структура "шина"
- •3. Передача данных
- •Интерфейс rs-232c
- •Интерфейс rs-422
- •Интерфейс rs-485
- •4. Методы доступа к шине
- •Случайный метод доступа к шине (csma/cd)
- •Метод передачи маркера (The Token Passing Method)
- •Метод master-slave
- •5. Основные критерии выбора
- •Лекция №23 Классификация, основные характеристики интерфейсов систем автоматизации и управления. Последовательные и параллельные интерфейсы.
- •6. Промышленные сети
- •1. Циклический трафик.
- •2. Периодический трафик.
- •3. Обслуживание сообщений.
- •Общее заключение
- •Лекция №24 Локальные управляющие вычислительные сети (лувс), технические средства и методы управления доступом к моноканалам лувс Локальные управляющие вычислительные сети
- •Топология сети
- •Сетевая архитектура Ethernet
- •Программное обеспечение сАиУпрограммное обеспечение саиу
- •Лекция №25 Программное обеспечение систем автоматизации и управления.
- •Примеры scаda-систем.
- •Технические характеристики
- •Стоимостные характеристики
- •Эксплуатационные характеристики
- •Требования к системам верхнего уровня
- •Лекция №27 Принципы построения, классификация и технические характеристики; видеотерминальные средства, мнемосхемы, индикаторы; операторские панели и станции, регистрирующие и показывающие приборы
- •Отображение параметров контроля технологического процесса
- •Отображение элементов управления параметрами технологического процесса
Регулятор (теория управления)
Регулятор — в теории управления устройство, которое следит за работой объекта управления как системы и вырабатывает для неё управляющие сигналы. Регуляторы следят за изменением некоторых параметров объекта управления (непосредственно, либо с помощью наблюдателей) и реагируют на их изменение с помощью некоторых алгоритмов управления в соответствии с заданным качеством управления.
Основные принципы
Регуляторы в подавляющем большинстве работают по принципу отрицательной обратной связи с целью компенсировать внешние возмущения, действующие на объект управления и отработать заданный извне или заложенный в системе закон управления. Примером может служить регулятор скорости двигателя.
Реже используется прямая связь.
Типы
Регуляторы разделяют по нескольким признакам:
По виду закона управления (для линейных регуляторов): П-регуляторы, ПИ-регуляторы, ПИД-регуляторы, ПД-регуляторы, И-регуляторы, Д-регулятор.
По линейности закона управления: линейные и нелинейные регуляторы.
По общему принципу функционирования: адаптивные, модальные, робастные регуляторы и т. д.
Лекция №19 Контроллеры и регуляторы
ПИД-регулятор
Схема, иллюстрирующая принцип работы ПИД-регулятора
Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор — устройство в цепи обратной связи, используемое в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала. ПИД-регулятор формирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально входному сигналу, второе — интеграл входного сигнала, третье — производная входного сигнала.
Если какие-то из составляющих не используются, то регулятор называют пропорционально-интегральным, пропорционально-дифференциальным, пропорциональным и т. п.
Общие сведения
Пропорциональная составляющая
Пропорциональная составляющая вырабатывает выходной сигнал, противодействующий отклонению регулируемой величины от заданного значения, наблюдаемому в данный момент времени. Он тем больше, чем больше это отклонение. Если входной сигнал равен уставке, то выходной равен нулю.
Однако при использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не стабилизируется на заданном значении. Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал (мощность нагревателя) постепенно уменьшается при приближении температуры к уставке, и система стабилизируется при мощности равной тепловым потерям. Температура не может достичь уставки, так как в этом случае мощность нагревателя станет равна нулю, и он начнёт остывать.
Чем больше коэффициент пропорциональности между входным и выходным сигналом (коэффициент усиления), тем меньше статическая ошибка, однако при слишком большом коэффициенте усиления могут начаться автоколебания, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.
Интегральная составляющая
Для устранения статической ошибки используют интегральную составляющую. Она позволяет регулятору «учиться» на предыдущем опыте. Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном значении, сигнал пропорциональной составляющей будет равен нулю, а выходной сигнал будет полностью обеспечивать интегральная составляющая.
Дифференциальная составляющая
Дифференциальная составляющая противодействует предполагаемым отклонениям регулируемой величины, которые могут произойти в будущем. Эти отклонения могут быть вызваны внешними возмущениями или запаздыванием воздействия регулятора на систему. Чем быстрее регулируемая величина отклоняется от уставки, тем сильнее противодействие, создаваемое дифференциальной составляющей.