книги из ГПНТБ / Егоров С.В. Основы автоматики и телемеханики. Конспект лекций учеб. пособие

является статической по

о т н о ш е н и ю к

воздействию Р-рас-

х о д у ж и д к о с т и из резервуара .

В самом

деле,

отрегулируем

систему так, чтобы

п р и

номинальном

расходе

Ро

уровень

ж и д к о с т и был равен

г/о-

Если

расход

увеличится,

то для

Рис. 1-4.

а — статическая

САР;

б — статические

характеристики

двух

типов САР; в — астатическая

САР

сохранения

равновесия н е о б х о д и м о настолько

ж е

увеличить

и п р и т о к ж и д к о с т и .

Для

этого

надо

приподнять

заслонку,

что

м о ж е т

быть

сделано,

если

поплавок

опустится

н и ж е

у р о в н я

г/0.

Т а к и м

образом,

равновесие

(установившееся

состояние)

м о ж е т

быть

достигнуто

лишь

при

наличии

постоянного

отклонения

е=уа—у.

А н а л о г и ч н о е

явление

возникает

и п р и уменьшении

расхода

по

с р а в н е н и ю

с

Ро,

н о

п р и

этом

о т к л о н е н и е

имеет

другой

знак

(характери ­

стика 1 на

рис.

1-4,6). Т а к и м

образом,

в

системе

возникает

неравномерность регулирования, к о т о р у ю

м о ж н о

оценить

относительной

величиной

сштизма .

Уо

(1-2)

П о с т о я н н о е , о т к л о н е н и е

в

у к а з а н н о м ,

р е ж и м е

С А Р

носит

название

статической

ошибки.

Рассмотрим

систему

рис .

1-4,в, в

к о т о р о й

п е р е м е щ е н и е

поплавка

передается

н а д в и ж о к

п о т е н ц и о м е т р а ' П

со

сред­

ней

точкой . М о ж н о

отрегулировать систему

так, чтобы п р и

г/=г/о д в и ж о к

п о т е н ц и о м е т р а

находился

на

средней

точке

( п р о щ е

всего

регулировку

производить

п р и

з а к р ы т о й

з а с л о н к е

и

Р=0).

В

этом

случае

на

реверсивный

двигатель

РД н а п р я ж е н и е

не

подается

и п е р е м е щ е н и я

заслонки

н е

происходит . Л е г к о

видеть,

что установившееся

состояние

в

системе

пр и

л ю б ы х п о с т о я н н ы х

расходах

0<! Р - < £ М а к с

м о ж е т

быть

достигнуто

только

в

том

случае,

если

д в и ж о к

п о т е н ц и о м е т р а

находится

на

средней

точке,

т.

е.

пр и

у=у0

(см. х а р а к т е р и с т и к у

2

на рис . 1-4,6). Т а к и м

образом,

в д а н н о й

системе отсутствует статическая ошибка, и

СА Р

является

а/статической.

' Заметим,

что п о в ы ш е н и е

точности

в

астатической

СА Р

по с р а в н е н и ю

со статической

дается

за счет

о п р е д е л е н н о г о

у с л о ж н е н и я

системы,

и м е н н о — за счет

введения

вспомога­

тельного

двигателя — серводвигателя. В чем проявляется

его

действие,

с точки

з р е н и я

з а к о н а

управления?

П р и м е м ,

что

у п р а в л е н и е

и

( п о л о ж е н и е

заслонки)

р а в н о

н у л ю

пр и

у—уа-

Тогда

для статической

системы

(рис.

1-4,а)

м о ж н о

записать

где

k=[2/h,

u='k(y0—y)

—ket

а для астатической

системы

(рис. 1-4, в)

v

,

и

РД

где 0, й — угол

и скорость

п о в о р о т а

вала

(угловое

пере ­

м е щ е н и е

п р е о б р а з у е т с я

в

л и н е й н о е

и

посредством

червяч­

ного

м е х а н и з м а

с

зубчатой

р е й к о й ) .

Если

для

п р о с т о т ы

принять, что Q=k2{yQ—y)

(на самом

деле связь

м е ж д у

ско ­

ростью

и

н а п р я ж е н и е м

н а у д в и г а т е л е

н е

является

мгновен ­

н о й

и

дается

д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы м

у р а в н е н и е м — см. § 3-2),

то

о

Т а к и м

образом,

в

статической

СА Р

(рис. 1-4,а)

исполь­

зуется

п р о п о р ц и о н а л ь н ы й

з а к о н

управления,

а

в

астатиче­

ской

(рие. 1-4,<?) — интегральный .

Эт а

з а к о н о м е р н о с т ь

мо­

ж е т

быть

с ф о р м у л и р о в а н а

с л е д у ю щ и м

образом: для

полу ­

чения астатизма

н е о б х о д и м о

вводить

в закон

регулирования'

интегральную

с о с т а в л я ю щ у ю .

§

1-3.

О с н о в н ы е

сведения

о

системах

т е л е м е х а н и к и

Т е л е м е х а н и к а

( Т М ) — область

н а у к и

и

техники,

охва­

т ы в а ю щ а я

т е о р и ю

и т е х н и ч е с к и е

средства

автоматической

передачи

на р а с с т о я н и е

сигналов

управления

(телеуправле ­

ние)

и

сигналов

о

состоянии

объекта

( т е л е и з м е р е н и е

и

часто

р а з н е с е н ы

в

пространстве н а

значительные

расстоя­

ния.

П р и

этом

возникает

необходимость

н а д е ж н о й

и

эко-.

н о м и ч н о й

передачи

сигналов,

независимо

от

р а с с т о я н и й

м е ж д у пунктами передачи и п р и е м а

и н ф о р м а ц и и .

Такая

необходимость

возникает

из

с о о б р а ж е н и й :

— к о о р д и н а ц и и работы отдельных

р а з н е с е н н ы х

в

про ­

странстве объектов

у п р а в л е н и я

(в

энергосистемах,

на

транс ­

порте, в

о б ш и р н ы х

п р о м ы ш л е н н ы х

комплексах

и

т. п . );

— т е х н и к и

безопасности

(во

вредных

производствах,

на ядерных

установках,

на л и н и я х

и

п о д с т а н ц и я х

высокого

н а п р я ж е н и я и т. п . );

—

сокращения

расходов

на

о б с л у ж и в а н и е

и

эксплуата ­

ц и ю систем

и

т. д.

В

связи

с

переходом

к к о м п л е к с н о й

автоматизации

про ­

изводства

с п о м о щ ь ю

вычислительных

м а ш и н

роль

теле­

м е х а н и к и

е щ е

более

увеличивается .

И н т е р е с н о ,

что

начи ­

ная с

30-х

годов,

объем

средств Т М

возрастает

в

10

раз за

к а ж д ы е

10

лет

(9J.

дистационной

Системы

Т М

следует

отличать

от систем

передачи

сигналов,

когда

расстояния

м е ж д у п у н к т а м и

пере ­

дачи

и п р и е м а

н е в е л и к и

и п о э т о м у

м о ж н о

н е

принимать

специальных

мер

п о о б е с п е ч е н и ю

качества

передаваемых

сигналов

и

быстродействия

передачи .

В

системах

Т М

-сигналы

перед

подачей

в

канал связи

(КС)

(рис.

1-5)

про -

ДП

Ломехи

кп

Упр. 0

i

Рис. 1-5. Структурные схемы систем телемеханики

ходят

специальные п р е о б р а з о в а н и я в

ш и ф р а т о р е

(Ш)

( к о д и р у ю щ е м у с т р о й с т в е ) ,

в результате

которых о н и стано ­

вятся

помехоустойчивыми

и у д о б н ы м и

для передачи

н а

б о л ь ш ие расстояния .

Ф у н к ц и и

ш и ф р а т о р а

и

передатчика

(Прд)

часто

совмещены

в

одном

устройстве .

Рассмот­

рим

с т р у к т у р н у ю схему

системы

телеуправления

(ТУ)

(рис. 1-5,а). На. диспетчерском

п у н к т е

(ДП)

с п о м о щ ь ю

у п р а в л я ю щ и х

органов

(Упр.

О)

ф о р м и р у ю т с я

сигналы

управления,

к о т о р ы е

п о с л е

ш и ф р о в к и 1

п о с т у п а ю т

в

канал

связи.

Н а к о н т р о л и р у е м о м

пункте (КП)

эти

сигналы

вос­

п р и н и м а ю т с я

п р и е м н и к о м

(Прм)

и

после

д е ш и ф р о в к и

поступают, нд и с п о л н и т е л ь н ы е

органы (Исп.

О). В

системе

телеизмерения

(ТИ) (рис. 1-5,6)

и з м е р е н н о е

с п о м о щ ь ю

датчика

(Д)

значение

величины

х

после

ш и ф р о в к и

пере ­

дается

в

канал ,связи.

Н а

диспетчерском

п у н к т е

сигнал

п р и б о р

(РП),

л и б о на п о к а з ы в а ю щ и й

п р и б о р

(ПП),

л и б о

поступает

для дальнейшей о б р а б о т к и

на ц и ф р о в у ю

вычис­

л и т е л ь н у ю

м а ш и н у

(ЦВМ).

П е р е д а в а е м а я и н ф о р м а ц и я

м о ж е т

иметь

н е п р е р ы в н ы й

(в системах

т е л е и з м е р е н и я

и

телерегулирования)

ил и

дискретный'

х а р а к т е р

(«вкл . »' — «откл.»

в системах

теле ­

у п р а в л е н и я — телесигнализации, «больше» — «меньше»

в си­

стемах

т е л е и з м е р е н и я ) .

П о

структуре

и к о н ф и г у р а ц и и

л и н и и

связи

делятся

на

радиальные,

когда к а ж д ы й КП

соединяется с ДП отдельным каналом

связи

(рис. 1-б,а),

цепочные

(рис. 1-6,6),

у к о т о р ы х

КП

п р и с о е д и н я ю т с я к

Рис. 1-6. Структура каналов связи систем телемеханики

общему

к а н а л у

связи, и

древовидные

(рис.. 1-б,в). Б о л е е

п о д р о б н ы е сведения

о системах Т М даны

в гл. 8.

§

1-4. П р и м е р ы

систем автоматики и

т е л е м е х а н и к и

Рассмотрим

вначале

п р и м е р ы систем

автоматического

регулирования

( С А Р ) .

'

П р

и м е р

1-3.

С А Р скорости электрического

двигателя.

Схема

статической С А Р п о к а з а н а на рис. 1-7,а,

астатиче­

ской — на

.рис.

1-7,6.

Рис. 1-7. Два типа

САР

скорости электродвигателя

О б ъ е к т о м

управления

является

электрический

двигатель,

регулируемой

величиной

которого

является

скорость

О,:

В различных

практических

системах

ж е л а е м ы й

характер

ее

изменения м о ж е т быть

л и б о

Q =

const, л и б о

Q,o=Q.0n(t)

(на рис . 1-7 рассмотрен первый

с л у ч а й ) .

Рассмотрим схему рис .

l-7,ia.

И з м е р е н н о е

с

п о м о щ ь ю

гателя Дв

сравнивается

в

виде

н а п р я ж е н и я

С т г ' — & т г

£2

с

в е л и ч и н о й уставки

Uo, а разность

&U=Uo—U

подается

на

о б м о т к у в о з б у ж д е н и я

э л е к т р о м а ш и н н о г о

усилителя

ЭМУ,

к о т о р ы й п о д к л ю ч е н

к

я к о р н о й

ц е п и двигателя. П р и

изме­

н е н и и момента сопротивления

Мс

нагрузки

(последняя

характеризуется

т а к ж е

моментом

и н е р ц и и

/ )

происходит

и з м е н е н и е

скорости

двигателя,

что

приводит

к и з м е н е н и ю

величины

AU,

а

следовательно,

и к

и з м е н е н и ю

н а п р я ж е н и я

на

двигателе.

Т а к и м

образом

п р о и с х о д и т

• регулирование

скорости .

М о ж н о

видеть, что

С А Р

(рис. 1-7,а) является

статической:

пусть момент сопротивления Мс

нагрузки

возрос,

тогда

установившееся

значение

скорости

будет

меньше, чем

до

если

п р е д п о л о ж и т ь

о б р а т н о е

(т.

е.

скорость

останется

п р е ж н е й ) ,

то и величина

AU будет

п р е ж н е й ,

а

следователь­

но,

двигатель

Дв имеет

ту ж е

скорость

при п р е ж н е м

зна­

чении

н а п р я ж е н и я

на якоре,

н о

большем

моменте

сопро ­

тивления,

чего не

м о ж е т

быть.

З а в и с и м о с т ь

Q(MC)

имеет

вид,

аналогичный х а р а к т е р и с т и к е

1 на рис. 1-4,6.

В

астатической

СА Р

(рис. 1-7,6)

у с и л е н н о е

значение

AU

управляет

серводвигателем

СДв,

к о т о р ы й

перемещает

д в и ж о к потенциометра, включенного

в я к о р н о й

ц е п и

управ ­

ляемого

двигателя.

О ч е в и д н о ,

при

л ю б о й

п о с т о я н н о й

нагрузке

серводвигатель

будет

производить

п е р е м е щ е н и е

д в и ж к а

п о т е н ц и о м е т р а П\- и изменять

н а п р я ж е н и е

на

я к о р е

двигателя

Дв до тех пор, пока

величина

AU не станет

рав­

ной

нулю,

т. е. пока

скорость

не

станет

равной

.установ­

л е н н о й £ 2 о — ^о - ^~'тг

. Ка к и

в

рассмотренном

выше

при ­

мере

астатической

СА Р

(рис. 1-4,в),

у с т р а н е н и е

статизма

производится

введением

в

закон

регулирования интеграль­

ной

составляющей

от отклонения

(это делается

с

п о м о щ ь ю

серводвигателя) . Заметим,

что если

м о ж н о

измерить

момент

сопротивления

М с

нагрузки,

являющейся

в

данном

случае

основным в о з м у щ а ю щ и м

воздействием,

то

м о ж н о

создать

систему

с

к о м п е н с а ц и е й

момента

с о п р о т и в л е н и я

(САР,

и н в а р и а н т н у ю

к М с ) . Т а к а я

возможность

предоставляется

весьма редко, например, когда нагрузкой двигателя

является

генератор . И з в е с т н о , что момент сопротивления

на оси

генератора

пр и п о с т о я н н о й скорости

п р о п о р ц и о н а л е н

току

якоря

генератора,

и з м е р е н и е

ж е последнего

н е

представ ­

ляет

труда.

Н а

рис. 1-8 и з о б р а ж е н а

статическая

СА Р скорости

дви­

гателя

с

к о м п е н с а ц и е й у к а з а н н о г о

возмущения .

И з м е р е н и е

Рис. 1-8. САР с компенсацией по нагрузке

величины

в о з м у щ е н и я M.c=kl

производится с

п о м о щ ь ю

небольшого

сопротивления,

у с т а н о в л е н н о г о Г д Ц

^ ц г ^ щ щ и ' " " '

2-291

ц е п и генератора

Г. И з м е н я я

п о л о ж е н и е д в и ж к а

п о т е н ц и о ­

метра

П2, м о ж н о

добиться того, чтобы

п р и л ю б о й

постоян ­

н о й нагрузке скорость

Q

была

равна установленной . Харак ­

теристика

Й ( М С )

в этом

случае имеет

вид, как у астатиче­

ской

системы.

О д н а к о

С А Р

будет

иметь

статизм

п р и

и з м е н е н и и

момента

сопротивления

на

валу

двигателя,

не обусловленного измеряемой нагрузкой, н а п р и м е р ,

п р и

ухудшении, загустении

смазки

в п о д ш и п н и к а х

двигателя и

генератора,

у с т а н о в к е «овых,

и е п р и т е р т ы х

щ е т о к

и т. д.

П р и м е р

1-4. Система программного

регулирования

тем­

п е р а т у р ы

электропечи

(рис .

1-9).

О б ъ е к т о м у п р а в л е н и я

является

электрическая

печь;

регу­

л и р у е м о й

в е л и ч и н о й

является

ее

температура

f>,

которая,

м о ж е т изменяться

за

счет

и з м е н е н и я

количества

электро ­

энергии,

подводимой

к

нагревательному

элементу

НЭ,

( у п р а в л я ю щ е е

воздействие)

и

за

счет о т б о р а

т е п л о т ы

заго­

товками,

помещаемыми

в

печь

(основное

в о з м у щ а ю щ е е

воздействие) .

И з м е р е н н о е с

п о м о щ ь ю

т е р м о п а р ы

ТП

зна­

чение

температуры

печи

в

виде

н а п р я ж е н и я

£/е

—km

ft

сравнивается

с

уставкой

U0.

Н а п р я ж е н и е

уставки

UQ

сни­

мается

м е ж д у

точками

а

ж 6 четырехплечего

- моста,

и задается

п е р е м е щ е н и е м

д в и ж к а

р е о х о р д а

Р,

причем

шкала

п е р е м е щ е н и я

д в и ж к а проградуирована

в градусах

Цельсия .

П е р е м е щ е н и е

д в и ж к а

осуществляется

от

программного

кулачка

ПрК.

AU=Uo—U,&

Н а п р я ж е н и е рассогласования

имеет

весь­

ма, н е з н а ч и т е л ь н у ю

величину

(порядка

д о л е й

милливольт),

в ы я в л е н ия

разности

Д0 =

0о—б

служат

два

одинаковых

круговых

п о т е н ц и о м е т р а,

к а ж д ы й из которых

р а с п о л о ж е н

на

своей

оси. Н а п р я ж е н и е

AU м е ж д у их

движками

п р о п о р ­

ционально

величине

Л8.

Усиленное

на

э л е к т р о н н о м

и

э л е к т р о м а ш и н н о м

усилителях

н а п р я ж е н и е

AU-

управляет

серводвигателем

СДв.

П о с л е д н и й

вращается

до тех

пор,

пока

угол

поворота

0 и с п о л н и т е л ь н о й оси

не

станет

равным

углу

поворота 6о з а д а ю щ е й

оси.

Н а рис.

1-10,6

показан

н а и б о л е е

часто

п р и м е н я е м ы й

вариант следящей системы, когда измерителем

рассогласо ­

вания Д9 м е ж д у осями является сельсинная

пара,

образован ­

ная .сельсином-датчиком

СД

и

сельсино - приемником

СП

(о

сельсинах

см. §

2-5).

Н а п р я ж е н и е

AU

на

выходной

обмотке

СП

по

величине

п р о п о р ц и о н а л ь н о

рассогласова­

н и ю

АЭ,

а

ф а з а

его

определяется

знаком

рассогласования .

Д л я улучшения устойчивости т а к и х систем и

повышения

качества

переходных

процессов

в

следящих

системах

часто

п р и м е н я ю т к о р р е к т и р у ю щ и е

цепи .

Б о л ь ш о е

"распростране­

н и е

получила

схема

к о р р е к ц и и

в

виде

о б р а т н о й

связи

(с

выхода

двигателя

на

вход

у с и л и т е л я ) ,

реализуемая

с

п о м о щ ь ю тахогенератора

ТГ

— тахометрическая

обратная

связь (рис. 1-10,6),

когда

н а п р я ж е н и е

на

ТГ, п р о п о р ц и о ­

нальное

скорости

вращения

СДв,

подаётся

на

к о р р е к т и р у ю ­

щ е е

устройство

КУ,

а затем

подается

н а

вход

усилителя .

Д е й с т в и е

т а к о й

к о р р е к ц и и

и

ее расчет рассмотрены в § 7-3.

Рассмотрим

теперь

пример

телемеханической

системы.

П р и м е р

1-6.

Телемеханическая

система

э н е р г о с н а б ж е н и я

крупного

промышленного

предприятия

с

использованием

э л е к т р о н н о й вычислительной машины .

В

связи

с ш и р о к и м внедрением

вычислительной

т е х н и к и

в у п р а в л е н и и п р о ц е с с а м и

в

народном

хозяйстве,

н а ч и н а ю т

внедряться

в

промышленности,

и

н а

т р а н с п о р т е автоматизи ­

р о в а н н ы е

системы

у п р а в л е н и я

( А С У ) ,

в к л ю ч а ю щ и е

в

себя

у п р а в л я ю щ и е вычислительные

м а ш и н ы

( У В М ) . Т а к а я

УВМ

рые могут находиться . на больших расстояниях

друг от

друга. В этом случае в

УВМ п о с т у п а е т

о б ш и р н а я

телемеха ­

ническая

и н ф о р м а ц и я

с

различных контрольных

пунктов

(КП).

Э т а и н ф о р м а ц и я

обрабатывается

машиной,

и

нахо ­

дятся

законы управления,

которые передаются затем

обрат ­

н о на контрольные п у н к т ы по каналам связи.

Рассмотрим систему

оптимального

у п р а в л е н и я

энерго ­

с н а б ж е н и я

крупного предприятия . П о д

оптимальным

р е ж и -

мом э н е р г о с н а б ж е н и я

будем

подразумевать

такой,

когда

потери

э л е к т р о э н е р г и и

в сетях

минимальны,

причем

напря ­

ж е н и е

у п о т р е б и т е л е й

поддерживается

в заданных пределах .

Для

этого м о ж н о

использовать

УВМ

т и п а

УМ-1

(рис.

1 - П), которая

связывается телемеханическими

кана-

к ЩМ

Рис. 1-11. Блок-схема телемеханической системы с УВМ "

лами

с

подстанциями

и автоматически

получает

и н ф о р м а ­

ц и ю

о б

условиях

работы

п о д с т а н ц и й

(Т И-система.).

Для

связи выходных блоков м а ш и н ы

УМ - 1, у с т а н о в л е н н ы х

на

диспетчерском

пункте

ДП,

с

блоками

у п р а в л е н и я

на

КП

уплотняется

проводная1

л и н и я

связи, по

к о т о р о й п е р е д а ю т с я

частотно - манипулированные

сигналы

ТУ — ТС

и

вызова

и з м е р е н и й

(ВТИ).

В

качестве

аппаратуры

у п л о т н е н и я

используется

п р и е м о п е р е д а ю щ е е

устройство П Д Ч У - 1

(вы-

пуркается

заводом

« Э л е к т р о п у л ь т » ) .

П р и е м о п е р е д а т ч и к

связи

частотно - манипулированных сигналов у п р а в л е н и я

Э В М

и п р и е м такого ж е

рода сигналов

и з м е р е н и й

и сигна­

лизации . •

1

М а н и п у л я ц и я частот

(дискретное

и з м е н е н и е

частот)

УМ-1 в блоке передачи частотных сигналов

Б Ч У Д . Д е ш и ф ­

ровка частотно - манипулированных сигналов

производится

в приемнике,

в блоке

Б Ч У П , и

с п о м о щ ь ю контактов поля ­

р и з о в а н н ы х

реле на

выходе

п р и е м н и к а

производится

комплект УМ-1 и

у с т а н о в л е н н о г о

на

подстанции .

Т а к и м

образом, для

системы ТУ — ТС и

ВТИ

используется

два

приемопередатчика

П Д Ч У - 1 : один

устанавливается

на

ДП,

другой — на

КП.