Введение: а) История развития и современное состояние автоматики

Автоматика – (от греческого слова автоматос) – самодвижущийся. Первые сведения об автоматических устройствах появились во 2 в. н. э. В трудах Александрийского, где описывались автоматы по открытию дверей храма, дозировки воды.

Промышленное внедрение автоматики связано с промышленным переворотом в Европе (регулятор уровня воды, регулятор скорости паровой машины).

Основные этапы развития автоматики:

- появление автоматики связано с изобретением Яковлева электродвигателя постоянного тока, Шиллинга – электромагнитного реле, Далибо-Добровольского - асинхронного 3-х фазного двигателя.

- появление радиоэлектроники связано с открытием Яблочковым явления фотоэффекта и Поповым лампочки

- появление ЭВМ в качестве основного устройства для вычислительной техники и управления технологическими процессами. Винер в 1946 г. Опубликовал книгу «Кибернетика или контроль связи у животных и машин. Найдена аналогия между процессами происходящими в мозгу человека и автоматического устройства. Методы кибернетики, которые включают теорию автоматического регулирования, математического моделирования процессов и явлений, применимы до настоящего времени.

Современный этап состояния автоматизации в области химической технологии включает:

-внедряются и эксплуатируются системы приборов, которые реализуют основные функции АС.

-широко внедряются процессорные контроллеры, которые реализуют функции преобразователя сигнала в цифровые коды, регулируют логическое управление, которое легко адаптируется к изменению процесса, т.к. является программируемым устройством.

-разработка и внедрение автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП). Основой АСУТП является ЭВМ, который осуществляет сбор информации, ее обработку по соответствующим параметрам. Данная информация используется оператором для управления процессом, а также с помощью ЭВМ определяется оптимальный режим протекания химико-технологического процесса. Автоматизированный – это значит что в контуре есть оператор.

В настоящее время внедряются такие АСУТП, где используются информационный, управляющий режим (первый является предпочтительным).

Введение б) Классификация автоматических систем

Механизация – замена ручного труда работой машин и механизмов. В механизации процессами работы машин управляет человек.

Автоматизация – замена человеческой функции управления машинами, специальными техническими устройствами.

Совокупность технологического процесса с техническими средствами для его управления называется автоматизированной системой (АС).

По принципу действия и по назначению АС подразделяются на следующие типы:

- дистанционное управление – со сравнительно небольшого расстояния (в пределах видимости). Например, управление конвейером. В условиях частичной автоматизации этот метод является основным. В условиях полной автоматизации - дублирующий. Как правило, все АС дублируются ручным управлением, и оно включается при отказе основной системы.

- телеуправление – со сравнительно большого расстояния. При этом по 1 каналу связи нужно передать большое число команд из пульта управления на объект управления. На пульте применяется специальное кодировочное устройство, а на пульте- расшифровывающее устройство. Пример: насосная станция, тепловой пункт.

Автоматическое управление – управление с помощью технических средств без участия человека.

Схема соединения основных элементов данной автоматической системы приведена рисунке

ОУ  ИУ  УУ  КС

ОУ - объект управления

ИУ - исполнительное устройство

УУ - управляющее устройство

КС - командный сигнал

КС в УУ преобразуется в управляющее воздействие, которое поступает в ИУ. Данное устройство воздействует на объект, изменяя режим его работы в соответствии с величиной КС.

- автоматический контроль – предназначен для автоматического измерения параметров процессов и аппаратов, для учета энергоресурсов и т.д.

Схема соединения элементов данной системы приведена на рисунке

ОУ Д ВП

Д - датчик

ВП - вторичный прибор

Датчики воспринимают текущее значение технологического параметра и преобразовывает его в сигнал, удобный для дальнейшей его передачи и усиления. Данный сигнал от Д поступает в ВП, в которой на диаграмме отражается величина данного технологического параметра. Шкала ВП градуируется в единицах измеряемого параметра.

- автоматическое регулирование – обеспечивает поддержание на заданном уровне какого-либо параметра без участия человека и с помощью устройств автоматического регулятора.

ОР - объект регулирования

СУ - сравнивающее устройство

ЗУ - задающее устройство

ПР - преобразователь

УС - усилитель

УМ - исполнительный механизм

РО - регулирующий орган

Д воспринимает величину технологического параметра и преобразовывает ее в электрический сигнал соответствующий значению данного параметра. ЗУ формирует электрический сигнал пропорционально заданному значению технологического параметра в ОФ. Оба сигнала сравниваются в СУ и на выходе формируется сигнал равный разности сигналов

- рассогласование или ошибка регулирования.

Она возникает, когда текущее значение параметра отличается от заданного его значения, согласно технологическому регламенту.

Цель работы данной системы - устранить , чтобы в ОР поддерживалось заданное значение параметра. преобразовывается в ПР по заданному закону регулирования, усиливается в УС и на выходе регулятора формируется регулируемое воздействие М функции от величины .

Сигнал пропорциональный М поступает в ИМ, который жестко связан РО. Данный РО приводится в движение ИМ и изменяемый сигнал поступает в ОР. Следовательно, изменяется значение регулирующей величины и будет изменяться до тех пор пока = .

• технологическая сигнализация подразделяется на следующие виды:

1. Аварийная – для извещении об аварии на объекте. Выполняется звуковой и световой сигнал. Звук вначале в виде сирены, далее свет указывающий на конкретный аппарат.

2. Контрольная - извещает о состоянии объекта.

3. Предупредительная - предназначена для извещении персонала об переключении оборудования

- автоматическая защита - для отключения оборудования, находящегося в аварийной ситуации (защита от короткого замыкания).

- автоматическая блокировка - делится на 2 вида:

1. Аварийная - служит для отключения аппаратов, находящихся в технологической цепи до аппаратов, находящихся в аварийной ситуации.

2. Запретно-разрешающая - предназначена для реализации сложных циклов оборудования по заданным режимам и не допускает вкл/откл персоналом самостоятельно отдельных аппаратов, работающих по сложному циклу

1.1 Функции и характеристики элементов автоматических устройств

Каждая АС состоит из отдельных элементов, выполняющих определенную функцию. Каждый элемент воспринимает сигнал, поступающий от предыдущих элементов осуществляют количественное и качественное преобразование сигнала и передает его другому, т.е. каждый элемент является преобразователем некоторого входного сигнала У в выходной сигнал Х.

Схема данного элемента имеет следующий вид:

Осуществляется преобразование за счет Е входного сигнала. Пример: термометр сопротивления, термопара и др.

Существуют элементы, на которые подается сигнал от дополнительных источников Е. Схема элементов имеет следующий вид.

Z - сигнал от элемента или пневматического устройства;

X - управляет передачей E от Z к Y.

Пример: усилители, реле и т.д.

По назначению все элементы автоматический устройств делятся на следующие виды:

- датчики

- реле

- усилители

- исполнительные механизмы

- автоматические регуляторы

- регулирующие органы (вентили, краны)

- элементы дистанционных передач (электрические и пневмотические преобразователи)

Основными характеристиками каждого элемента являются величины входного сигнала Х и выходного сигнала У. Y/X - статический передаточный коэффициент (S)

- динамический передаточный коэффициент

- относительный динамический передаточный коэффициент

S и называются по-разному: для датчиков это чувствительность, а для усилителей – коэффициент усиления.

При работе каждого элемента возникает погрешность, которая заключается в отклонении фактического значения выходной величины от его расчетного значения . Эта погрешность связана с износом материала элемента, с отклонением питающей сети от номинального, а также с изменением условий окружающей среды.

Различают следующие виды погрешности:

1. Абсолютная - это разность:

2. Относительная

3. Относительная приведенная - она называется еще и класс точности прибора, как правило он указывается на шкалах всех приборов.

1.2 Датчики, основные показатели и характеристики

Датчик - устройство, осуществляющее функцию преобразования физической величины одного рода в физическую величину другого рода, удобную для передачи другим элементам и на усиление.

Основные характеристики:

1. Статическая характеристика y=f(x)

1 - линейная характеристика, поэтому чувствительность будет постоянной для всего диапазона х.

2 - нелинейная, поэтому чувствительность будет различной и зависит от крутизны данной характеристики.

Датчики, статическая характеристика которого непрерывна называются датчиками непрерывного действия или функциональными. Если статическая характеристика описывается следующей функцией , где k=const, то такой датчик называется линейным. Если статическая характеристика датчика имеет разрывный характер вида y=0 при 0<x<a, y=y1 при x>a, то датчик называется релейным.

1 - Динамическая характеристика - зависимость y от времени при скачкообразном изменении входной величины x.

y=f(t) при x=const

1 – экспонинциальные.

2 - колебательный затухающий процесс.

По виду выходной величины сигнала у датчики делятся на:

- омические

- термоэлектрические

- емкостные

- индуктивные

- трансформаторные

По измеряемым технологическим параметрам:

- температуры

- давления

- расхода

- уровня

- плотности

- влажности и т.д.