Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Системы управления химико-технологическими процессами. Учебно-методическое пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

К а ф е д р а «Автоматизация и управление технологическими процессами»

Н.А. СИЗОВА, Д.А. МЕЛЬНИКОВА

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Учебно-методическое пособие

Самара

Самарский государственный технический университет

2021

Печатается по решению методического совета института автоматики и ин-

формационных технологий (протокол № 7 от 15.02.2021 г.).

УДК 66.02(075.8) ББК 35.11я73 С 649

Сизова Н.А. Системы управления химико-технологическими процессами: учеб.-

метод. пособие / Н.А. Сизова, Д.А. Мельникова. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т,

2021. – 128 с.

Рассмотрены вопросы выбора технических средств, используемых при создании систем автоматического управления. Перечислены основные ГОСТы, необходимые при создании АСУ.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 18.03.01 «Химическая технология», 18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии», а также может быть использовано для студентов, обучающихся по направлению 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Ре ц е н з е н т ы : канд. техн. наук Е.Е. Ярославкина,

начальник отдела автоматизации системы связи и сигнализации АО «Самаранефтехимпроект» Г.А. Григорчук

УДК 66.02(075.8)

ББК 35.11я73

С 649

технический университет, 2021

BВЕДЕНИЕ

Интенсивная динамика развития химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности тесно связана с проведением большого количества работ по автоматизации. Технологические процессы описываются широким спектром параметров, прогнозирующих ход процесса и наличие внутренних связей между ними.

Существенными особенностями управления этими процессами является необходимость в точном поддержании их параметров на уровне некоторых оптимальных значений и высокие требования к качеству вырабатываемой продукции, сочетающиеся с быстродействием системы управления. Для управления такими процессами необходимо получать и перерабатывать в реальном масштабе времени значительный объем информации о параметрах процесса и состоянии технологического оборудования, что позволит своевременно выработать определенные воздействия. Ручное управление этими процессами невозможно. Большая часть задач управления передается автоматизированным системам контроля и управления.

Решение этих задач невозможно без знания основ теории автоматического управления и современных технических средств автоматизации. В настоящем учебном пособии изложены принципы и технические решения по регулированию основных технологических параметров (уровня, расхода, давления, температуры, качества продукции).

Цель дисциплины: обеспечить студентов знаниями теоретических основ автоматического управления технологическими процессами, научить формулировать основные требования, предъявляемые к системам автоматизации, выработать навыки собственного выбора необходимых средств автоматизации. Показать перспективы развития систем управления с применением ЭВМ и технических средств, совместимых с персональным компьютером, для построения АСУТП.

Поэтому наряду с изучением технологии и технологического оборудования будущий специалист-технолог химических и нефтехимических производств изучает дисциплины «Автоматизация производственных процессов» и «Системы управления XTП».

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ

АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

В данном разделе рассматриваются следующие вопросы: общие понятия и определение автоматических систем регулирования (АCP), структурные схемы, статические и динамические характеристики АСР и ее звеньев, вопросы анализа и синтеза АСР.

При изучении этих вопросов студенту необходимы знания таких разделов математики, как дифференциальные уравнения и интегральное исчисление.

Структурная схема САУ, которая имеет в своем составе объект управления и управляющее устройство, представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Структурная схема системы автоматического управления

Объект управления (ОУ) – устройство или совокупность устройств, осуществляющее технический процесс и нуждающееся в специально организованных воздействиях извне для обеспечения своего алгоритма функционирования. При этом на всякое техническое устройство всегда влияет внешняя среда. Это влияние, как правило, носит возмущающий характер, то есть среда мешает правильному функционированию устройства. Чаще всего бывают аппараты, в которых протекают технологические процессы такие, как нагревание, сушка, транспортировка, ректификация и т.д.

Управляющее устройство (УУ) – это устройство или совокупность автоматических устройств, которые осуществляют процесс управления

без участия человека. Таким образом, персонал в данном случае выпол- няет функцию наблюдения за технологическим процессом.

Управляющее устройство (УУ) по каналу прямой связи передаёт управляющие воздействия на объект управления (ОУ). Информация об объекте управления (ОУ) по каналу обратной связи передаётся в управляющее устройство (УУ). В общем случае происходит взаимодействие объекта управления с окружающей средой.

Задача управляющего устройства – выдача таких управляющих воздействий, которые обеспечивают достижение тех или иных целей управления.

Алгоритм функционирования – совокупность предписаний, ве- дущих к правильному выполнению технического процесса в какомлибо устройстве или в совокупности устройств, то есть в системе.

Алгоритм управления – совокупность предписаний, определя- ющих характер воздействий на объект управления с целью обеспечения его алгоритма функционирования.

Управление – процесс выполнения воздействия на объект управления в соответствии с алгоритмом управления.

Автоматическое управляющее устройство является устрой- ством, которое способно осуществлять процесс управления без человеческого фактора.

Автоматизация – замена операций человека в процессах управления функционированием определённых технических устройств.

Автоматическое управление – осуществление определённых управляющих воздействий на заданный объект, необходимых и достаточных для его целенаправленного функционирования с заданной точностью без непосредственного участия человека. Таким образом, роль человека сводится к проектированию, наладке, запуску САУ, контролю и т.д.

Автоматизация производственного процесса предполагает контроль, регулирование и управление производственным процессом, а также сигнализацию отклонений от номинальных режимов, блокировку и защиту процесса от аварийных режимов.

Контроль – это установление соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные формы его состояния.

Регулирование – это поддержание постоянным значения некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение его по заданному закону, осуществляемое с помощью изменения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.

Управление – это осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.

Сигнализация – это извещение обслуживающего персонала (звуковое, световое) о состоянии технологического объекта, т.е. о достижении определенных значений контролируемых параметров (чаще всего максимальных или минимальных).

Аварийная защита – это система защиты контролируемого процесса от нежелательного развития событий, которое может привести к аварии.

Блокировка – предотвращение технологически недопустимых действий оперативного персонала, обеспечение заданной последовательности отключения основного и вспомогательного технологического оборудования, технологической взаимозависимости отдельных механизмов и аппаратов.

По степени участия человека в управлении системы подразделяются на автоматизированные системы управления (АСУ) и системы автоматического управления (САУ). Так как объекты управления химической и нефтяной промышленности САУ достаточно сложны в реализации, данные системы применяются только в тех случаях, когда необходимо управление простыми объектами (перемешивание жидкостей, нагревание, охлаждение и т.д.). В САУ все операции по контролю, регулированию, защите и блокировке осуществляются автоматическими устройствами АСУ – это человеко-машинные систе-

мы, в которых часть функций выполняет человек. В АСУ сочетаются

 

   

 

tAtu

з.



 



     

tytyt

з.



 

интеллект человека, мощный математический аппарат и большие возможности современной вычислительной техники [2].

Системы автоматического управления по назначению информации бывают:

 замкнутые;

 разомкнутые.

В замкнутых системах управляющее воздействие

(𝑡)

, то есть

ется по величине сигнала рассогласования 𝜀

где вычисляемая по формуле:

мущений, влияющих на управляемую величину

некоторой неопределённости.

– величина сигнала ошибки (рассогласования, отклонения),

Достоинства замкнутых систем:

1. Учёт при выработке управляющего воздействия

2. Возможность осуществлять управление объектом в условиях

Недостатки замкнутых систем:

1. Относительно низкое быстродействие, так как компенсация си-

определя-

всех воз-

стемой возмущающих воздействий 𝑓(𝑡) начнётся только тогда, когда эти возмущения приведут к изменению управляемой величины 𝑦

2. Наличие ошибки управления в переходном процессе.

3. Из-за наличия замкнутой цепи в системах могут возникать ко-

лебания.

Рассмотрим систему стабилизации уровня воды в баке. В данном случае имеем дело с замкнутой системой регулирования, реализованной по принципу отклонения регулируемой величины. Система состоит из первичного измерительного преобразователя уровня 2, устройства управления 1, которое в данном случае является регулятором, и исполнительного механизма 3, который управляет положение регулирующего органа (рис. 1.2, а).

(𝑡)

Достоинство: данная система компенсируют любые возможные

 

yty 



возмущения, так как регулятор контролирует только отклонение регулируемой величины независимо от причины, его вызвавшей.

Недостаток: система не может обеспечить равенство выходной величины

заданному значению

в течение всего времени

управления, потому что принцип их работы связан с наличием отклонения

Рис. 1.2. Функциональные схемы автоматических СУ

с управлением по отклонению (а),

по возмущению (б) и комбинированные (в)

Разомкнутые САУ подразделяют на системы с жесткой программой и – с управлением по возмущению. Пример систем первого типа – система автоматического пуска и остановки комплекса машин, входящих в технологическую линию, в которой должна выдерживаться определенная программа работы отдельных механизмов. При этом обратная связь с выхода на вход отсутствует.

На рис. 1.2, б приведен пример схемы управления по возмущению, которое контролируется. Например, давление воды в линии. В разомкнутых автоматических СУ, действующих по возмущению, управление осуществляется на основании информации входных (воз-

мущающих) воздействий. В показанной на рис. 1.2, б системе таким

 

   

0

t

   

0

t

возмущением является давление воды в подающем трубопроводе.

В реальных системах возможна компенсация одного или нескольких поддающихся измерению возмущений. Если таких возмущений несколько, то для компенсации каждого из них необходим свой контур регулирования. При этом всегда останется часть возмущений, в том числе случайных и неконтролируемых, которые могу вызвать отклонение регулируемой величины

от заданной

Лучшее качество управления получается при регулировании по отклонению и по возмущению (рис. 1.2, в). Система, сочетающая оба принципа управления (по возмущению и отклонению), называется комбинированной. Ее преимущество по сравнению с системой, действующей по отклонению, в лучшей стабилизации регулируемой величины [1].

Согласно классификации системы автоматического управления (САУ) по работе системы в установившемся состоянии подразделяются на:

1. Статические САУ:

2. Астатические САУ:

Системы автоматического управления по характеру изменения управляющего воздействия во времени подразделяются на:

 непрерывные системы – системы, состояние которых опреде- лено в любой момент времени;

 прерывистые автоматические САУ классифицируются на ре- лейные, импульсные и цифровые;

 импульсные системы – системы, в которых коммутация цепей воздействия происходит принудительно и периодически;

 релейные системы – системы, в которых ступенчатое измене- ние сигналов происходит при непрерывном характере входного воздействия;

 цифровые системы – системы, в которых квантование сигналов

   

consttyty

з.

     

var

...

 tytyty

прзз

происходит как по времени, так и по уровню.

Классификация системы автоматического управления (САУ) по методу управления. В соответствии с данным признаком САУ подразделяются на стабилизирующие, программные и следящие.

Стабилизирующие системы – системы, обеспечивающие поддержание постоянного значения управляемой величины, задаваемого управляющим воздействием, то есть:

Программные системы – системы, изменяющие управляемую величину в соответствии с заранее известным законом изменения задающего воздействия, то есть:

Следящие системы – системы, изменяющие управляемую величину в соответствии с заранее неизвестным законом изменения задающего воздействия.

Системы автоматического управления по методу управления подразделяются на:

 приспосабливающиеся к изменяющимся условиям работы ОУ;

 не приспосабливающиеся к изменяющимся условиям работы ОУ.

1.1. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АСР. ТИПОВЫЕ ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ

Автоматическая система регулирования (АСР) состоит из взаимосвязанных элементов, которые выполняют заданные функции и влияют на свойства АСР, определяющихся статическими и динамическими характеристиками.

Статические характеристики – это зависимость выходного от входного сигнала в установившемся режиме. Установившийся режим определяет значение выходного сигнала после окончания переходного процесса, вызванного изменения входа, т.е. измеряемой величины. Статические характеристики, которые необходимы для ре-

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]