Задачи управления технологическими машинами и установками

В развитии техники производства все больше появляется машин, которые в принципе не могут быть не автоматизированными, так как по сложности управления такие машин выхо­дят за пределы возможностей человека. (на­пример, угольные комбайны при скорости перемещения более 3 м/мин, высокопроизводительные конвейеры с большими скоростями движения ленты и др.) Другими словами можно сказать, что в машинах существует качественный рубеж (оп­ределенная величина рабочих параметров — скорости, производительности, линейных размеров и т.п.), перейдя который, нельзя работать на неав­томатизированной машине (имеется в виду обеспечение эффективной, безаварийной и безопасной для трудящихся работы

Основными обобщенными задачами управления технологическими машинами и установками можно считать:

1) осуществление включения, отключения, реверсированиея и другие операции по управлению оборудованием без участия человека;

2) контроль за технологическими режимами и учет работы автоматизированной машины или установки;

3) автоматическая сигнализация оповещения персонала о выполнении соответствующих операций по управлению оборудова­нием, о возникновении опасных рабочих режимов и аварийном отключении оборудования;

4) автоматическое регулирование, осущест­вляющее изменение выходных параметров машин и механизмов по заданному закону в соответствии с требованиями к протеканию технологического процесса;

5) автоматическая защита, предохра­няющая оборудование от повреждений и отключение аварийных участков технологического процесса [защита от коротких замы­каний в электросети, от переподъема и превышения скорости подъ­емных сосудов, от обрыва лент (цепи) конвейера и т. п.];

6) автоматическая блокировка, предохраняющая оборудование и обслуживающий персонал от неправильных дейст­вий как оператора, так и системы управления

Понятие о системе управления

Система управления в общем виде состоит из управляющего объекта (УО) и объекта управления (ОУ). Объект управления- это технологические установки, машины или процессы, которые нуждаются в оказании специально организованных воздействий извне для достижения поставленной цели управления. К числу функций управляющего объекта относят сбор, преобразование и передача исходной информации, принятие решений, осуществление управляющих воздействий. Эти функции управляющего объекта выполняют технические средства автоматизации.

Таким образом, система управления это множество технических средств автоматизации А и связей между ними R, целенаправленно взаимосвязанных и взаимодействующих между собой:

SU = < A,R,Z >, А ={a_i}, R={r_j},

где Z – цель, совокупность или структура целей; a – элементы устройства; r – связи между элементами.

Структурная схема системы управления приведена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структурная схема системы управления

На рисунке 3 обозначено:

ОУ – объект управления;

Д – датчики;

УПД – устройства передачи данных (показаны пунктирной линией, так как могут отсутствовать в зависимости от применяемых датчиков и удаленности датчиков и испонительных устройств от устройства управления);

УУ – устройство управления, в современном понимании это программируемый логиче-

ский контроллер (ПЛК, PLC, промышленный контроллер), который является автономным программируемым устройством сбора и обработки информации, а также базовым аппаратным средством уровня непосредственного цифрового управления.

В общем понятии устройство управления это множество элементов a и связей между ними r, целенаправленно взаимосвязанных и взаимодействующих между собой:

АU = < а,г,z >

Под элементом понимают относительно самостоятельную часть устройства, предназначенную для выполнения какой лтбо отдельной функции.

ИМ – исполнительный механизм (обычно это силовое устройствос достаточно большой мощностью (двигатели электрические, гидрав-лические, пневматические, электромагнитные, поршневые устройства, муфты);

РО – регулирующий орган (механическое устройство, непосредственно воздействующее на ОУ путём изменения количественных и качественных характеристик материальных и энергетических потоков (вентили, клапаны, дозаторы, насосы, транспортеры, шнеки, вентиляторы, заслонки, шиберы, режущий инструмент и т. п.). В ряде систем управления ИМ и РО отсутствуют, и регулирование переменных промышленного процесса выполняется путем изменения электрических параметров (ток, напряжение) без помощи механических устройств;

ИУ – исполнительное устройство;

ЗУ – задающее устройство;

х – входные переменные, значения которых измериятся, но воздействовать на них нельзя; у – управляемые переменные; у_з – задающие воздействия; u – управляющие воздействия; f – возмущающие воздействия.

Воздействием называют какой-либо фактор, влияющий на работу системы управления. Физические величины (координаты) объекта, которые преднамеренно изменяются или сохраняются неизменными в процессе управления, называются управляемыми переменные. Обычно управляемые переменные в той или иной степени характеризуют качественные показатели процесса в управляемом объекте.

Управляющее воздействие u изменяет количе­ство энергии или вещества, подводимого к объекту, обеспечивая этим изменение его состояния в соответствия с заданием.

Воздействия f , изменяющиеся при работе системы и нарушаю­щие требуемую функциональную связь между х и у называются возмущающими или возмущениями. Они делятся на основные и второстепенные (помехи). Основные возмущающие воздействия существенно влияют на режим работы машины или установки и, как правило, прило­жены к объекту. К ним относятся например, нагрузка на исполнительный орган очистного комбайна, влияние температуры, влажности и т. п. Помехи— это многочис­ленные воздействия, слабо влияющие на ход работы машины или установки. К ним можно отнести колебания напряжения в сети переменного тока, изме­нения сопротивлений цепей, воздушные зазоры и упругие дефор­мации в деталях и т. п. Помехи могут воздействовать на часть или на все элементы системы управления.

Таким образом, в общем понятии, управлять объектом — значит вырабатывать управляющее воздействие с таким расчетом, чтобы управляемая переменная изменялась по требуемому закону с определенной точностью независимо от действия на объект основных и второстепенных возмущающих воздействий.

В зависимости от участия человека (оператора, машиниста, диспетчера) в процессе управления системы управления различают: автоматические и автоматизированные.

Система автоматическая управления (САУ) это система управления, в которой все функции по управлению объ­ектом осуществляются техническими средствами автоматизации без участия человека.

В автоматизированной системе управления (АСУ) часть функций, главным образом по принятию решений, выполняет человек оператор, а остальные выполняются техническими средствами.

Структура связей в САУ приведена на рисунке 4. Структура связей в АСУ приведена на рисунке 5.

Отличие схемы на рисунке 5 от схемы на рисунке 4 состоит в том, что УО состоит не только из технических средств автоматизации, но и субъекта управления – человека для выполнения каких либо функций по управлению, как правило, принятие решения на основе представляемой ему техническими средствами автоматизации информации о режимах работы или состоянии объекта управления. Насколько полно они отражают состояние объекта зависит понимание человеком ситуации, а следовательно, адекватность принимаемого решения.

Рисунок 4 – Структура связей в САУ

Рисунок 5 – Структура связей в АСУ

Если речь идет о регулировании режима работы машины или установки, то применяется система автоматического регулирования (САР). Структурная схема САР аналогична приведенной на рисунке 3, пр этом ОУ – это объект регулирования (ОР), а устройство УУ – это автоматический регулятор.