Конспект лекций по дисциплине
«Система сбора и обработки информации
о технологических потоках и оборудовании»
Лекция№1
1 ЭВМ в системах управления технологическими процессами
Структурная модель технологического процесса
Технологическим процессом называется последовательная смена во времени состояний производственного оборудования, материальных и энергетических потоках и способов обработки исходного сырья, направленных на изготовление готовой продукции.
Технологический процесс характеризуется множеством взаимодействующих между собой параметров процесса.
Технологические параметры можно разделить на два основных типа:
- входные;
- выходные
Входные технологические параметры подразделяются на:
-управляемые (регулируемые) технологические параметры;
-неуправляемые;
-фиксированные параметры, задаваемые конфигурацией технологической
схемы или отдельного оборудования, их изменения возможны лишь
при завершении определенной технологической стадии.
Выходные технологические параметры подразделяются: на
- измеряемые выходные параметры;
- параметры оценки качества получаемой продукции
Схема структурной модели технологического процесса изображена на рисунке 1.
Фиксированные входные
парам.
Технологический
процесс
Неупр. входные технологические
парам.
Измеряемые технол.
параметры
Технологический
процесс
Параметры качества
Управляемые
входные технол.
параметры
Задача управлени
Рис.1 Схема структурной модели технологического процесса.
Задача управления технологическим процессом заключается в варьировании его измеряемыми выходными параметрами таким образом, чтобы достигнуть желаемого значения параметра, оценивающего качество получаемой продукции. Это достигается путем изменения управляемых входных параметров процесса.
В настоящее время для управления технологическими процессами разрабатываются автоматизированные системы с использованием микропроцессорной техники как на нижнем уровне управления (сбор информации от первичных преобразователей, обработка этой информации и передача ее на верхний уровень управления), так и на верхнем уровне (выработка решений по оптимизации процесса, решение задач диагностики состояний технологического процесса и оборудования, предупреждения аварийных ситуаций).
Основные понятия о системах автоматического регулирования.
Автоматизация – замена физического (умственного труда) труда человека автоматическими устройствами. При автоматизации практически любого производства можно выделить несколько уровней.
Локальные системы автоматизации.
Автоматизации подлежат отдельные технологические объекты. На этом этапе решаются задачи регулирования отдельных технологических параметров, например, давления, температуры, расхода и так далее.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами.
(АСУТП)
На этом уровне разрабатываются системы управления совокупностью технологических объектов, например, цехом, и решаются задачи управления и оптимизации технологических процессов.
Автоматизированные системы управления предприятием.
На основании информации о работе отдельных цехов осуществляется решение технико-экономических задач.
Второй и третий уровень предусматривает решение задач сбора достоверной информации о параметрах, определяющих протекание технологического процесса; анализ результатов измеряемых технологических параметров и определение характера и величины управляющего воздействия; внесение управляющих воздействий посредством изменения величины каких-либо материальных или энергетических потоков.
Система автоматического регулирования (САР) – это динамическая система, состоящая из технологического объекта управления и взаимодействующей с ним автоматического регулятора, которые охвачены единым алгоритмом управления.
С
x0
x-x0
y
x
z
Устройство
сравнения
Регулятор
Объект регулирования
Устройство
сравнения
Рис.2 Схема системы автоматического регулирования.
z – возмущающие воздействия, вызывающие отклонения режима работы объекта управления от заданного.
Возмущающие воздействия подразделяются на внешние и внутренние. Внешние возмущающие воздействия формируются вне объекта, например, изменение скорости подачи сырья, изменение давления входных газовых потоков, изменение температуры окружающей среды и так далее. Внутренние возмущающие воздействия формируются внутри самого объекта, например, отложение солей на поверхности трубопроводов, изменение активности катализатора и так далее.
Классификация САР по назначению.
САР подразделяются на стабилизирующие, программные, следящие, оптимального управления и адаптивные.
Стабилизирующие САР – это системы регулирования, предназначенные для поддержания регулируемой величины на заданном значении.
Программные САР – это системы, в которых значение регулируемой величины изменяется во времени по заранее заданной программе.
Следящие САР – это системы, в которых осуществляется изменение величины одного параметра (входного) в зависимости от изменения другого параметра (ведущего), причем изменение ведущего параметра заранее предсказать нельзя. Примером является регулирование соотношения расходов.
Системы оптимального управления – это системы, в которых значение регулируемой величины поддерживается на некотором оптимальном значении. Такие системы удается реализовать в том случае, если зависимости между выходными и входными координатами имеют экстремальный характер. Параметры, относительно которых проводится оптимизация, называются критериями оптимизации. В качестве критерия оптимизации могут быть как технологические параметры, так и ряд технико-экономических показателей, например, себестоимость продукции, уровень рентабельности и так далее.
Адаптивные системы – это САР, в которых в зависимости от изменений условий работы объекта и его свойств происходит изменение параметров регулирующих устройств или структуры системы управления. Если в результате адаптации изменяются параметры регулирующего устройства, система называется самонастраивающейся. Если в результате адаптации изменяется структура системы управления, то она называется самоорганизующейся.
Механизм адаптации реализуется с помощью трех функций, характерных для адаптивного управления:
- функции идентификации:
функции принятия решений;
функции настройки
Функция идентификации служит для определения текущего значения показателя качества работы системы, в частности вычисления показателя качества на основании измерения параметров технологического процесса и/или сравнения мгновенного показателя качества с некоторыми оптимальными показателями.
С помощью функции принятия решений делается вывод, как настроить механизм управления, чтобы повысить качество получаемой продукции
Процедура принятия решений реализуется с помощью заранее заданной программ логического управления (изменение одного или нескольких управляемых входов процесса).
Функция настройки адаптивного управления заключается в реализации принятого решения. В то время как функция принятия решения является логической функцией, функция настройки связана с физической или механической перестройкой системы управления.
Схема системы адаптивного управления показана на рисунке 3.
Показатели
качества
Управление процессом
Процесс
Функция
настройки
Измерения
Функция
принятия решения
Функция
идентификации
Рис. 3. Общая архитектура системы адаптивного управления.
Лекция №2
1.4. Классификация систем по принципу управления.
САР подразделяются по способу формирования управляющего воздействия:
системы регулирования по отклонению;
системы регулирования по возмущению:
комбинированные системы управления
САР по отклонению называются замкнутыми. Управляющее воздействие формируется с учетом отклонения регулируемой величины от заданной.
y = f(xвых..- xвх.)
Схема САР по отклонению изображена на рисунке 4.
y
Устройство
сравнения
Устройство
управления
Технологический
процесс
x
Измерительное
устройство контура обратной связи
xвых.
Рисунок 4. Схема САР по отклонению.
В САР по возмущению управляющее воздействие формируется с учетом возмущающих воздействий (z) на протекание процесса.
Схема САР по возмущению изображена на рисунке 5.
Элементы
системы управления с компенсацией
возмущения
z
xвых.
Устройство
сравнения
Устройство
управления
Технологический
процесс
xвх.
y
Рисунок 5. Схема САР по возмущению.
В комбинированных системах управления управляющее воздействие формируется с учетом двух выше перечисленных принципов.