введение в профессию

ФГОУ Высшего профессионального образования

Калининградский Государственный Технический Университет

Факультет: Автоматизация производства и управления

Кафедра: Автоматизация производственных процессов

Контрольная работа.

По специальности:

Введение в профессию

Преподаватель: Петелин В.П.

Студент: Дуров А.В.

Группа: 11-ЗАП

Калининград, 2011г.

Введение.

Контрольная работа выполнена в виде ответов на вопросы из учебника, с. 47-48.

Автор: С.П. Сердобинцев

Название: СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Калининград, Издательство КГТУ, 2006

Вопрос №1.

Что такое автоматическое регулирование и управление?

Автоматическое регулированием называется поддержание постоянной или изменение по заданному закону некоторой величины, характеризующей процесс, осуществляемое при помощи измерения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган ОУ

Системой автоматического управления называют совокупность всех устройств, обеспечивающих управления каким-либо объектом без непосредственного участия человека. Частным случаем САУ являются системы автоматического регулирования (САР).

Вопрос №2

Перечислите основные функциональные элементы, входящие в САР. Приведите примеры.

1. Чувствительный (измерительный) элемент (ИЭ), реагирующий на отклонение регулируемой величины (либо нагрузки в САР, построенной по принципу виде изменения напряжения, тока, давления, усиления, скорости, ускорения и т.п.

2. Элемент для преобразования измеренной величины в сигнал, удобный для дальнейшего использования (чаще всего в виде напряжения). Обычно сигнал, получаемый на выходе ИЭ, бывает недостаточен для приведения в действие регулирующего органа (РО), поэтому необходимо применять те или иные преобразовательно - усилительные элементы (преобразователи тока, фазы, частоты, угла поворота и другие).

3. Задающий элемент (ЗЭ), вырабатывающий эталон, с которым сравниваются текущие значения регулирующей величины. В качестве эталона используется напряжение от стабилизированного источника питания. В САР металлургических приводов входит датчик интенсивности, позволяющий плавно (по линейному закону) разогнать и затормозить привод.

4. Элемент (узел) сравнения (УС) заданного и измеренного значения регулируемой величины. В результате сравнения эталона и текущих значений регулируемой величины на выходе УС получается разница, подаваемая для дальнейшей обработки сигнала в САР.

5. Усилители (У) предназначены для дальнейшего усиления разности между эталоном и измеренной (текущей) величиной. Чаще всего усиление напряжения происходит в виде напряжения (тока).

6. Исполнительный элемент (ИЭ), воздействующий непосредственно на РО САР и получающий сигнал от усилителя. В качестве ИЭ могут служить: реостаты, вентиль, транзисторы, задвижки, рули и т.д.

7. Корректирующий элементы (последовательного и параллельного типа), необходимые для улучшения устойчивости и качества САР.

8. Элемент сравнений (ЭС)

Функциональная схема одноконтурной САУ (САР)

прямая связь цель управлений

ЭС ƒ

УС

ИЭ

РО

ОУ

У

t⁰ =20⁰ У ε= γ-y Объект упр.

заданная темп. ε=0

ε>0 20^в

ИП

регулятор

цепь основной связи (ОС)

Вопрос №3

Перечислите и поясните основные принципы построения САУ.

1. Принцип детерминированного управления. Функциональная схема системы детерминированного управления имеет вид цепочки.

ƒ q

ν u y

З

ПП

ИУ

ОУ

в которой воздействие (информация) передаётся в одном направлении – от входного элемента – задатчика (3), формирующего задание на управление, через различные промежуточные преобразователи (ПП) и исполнительное устройство (ИУ) на ОУ. В совокупности ПП, ИУ и З образуют управляющее устройство (УУ), которое оказывает на ОУ воздействия, однозначно определяемые его алгоритмом функционирования. ПП, в частности, может выполнять функцию усилителя.

2. Принцип компенсации. Многие агрегаты, машины и поточные линии на рыбообрабатывающих предприятиях и судах функционируют в режимах, близких к расчётным. Нарушения этих режимов связаны с естественными процессами старения оборудования, нерегламентированными изменениями потоков энергии, сырья и другими возмущениями. Цель компенсации – исключить влияние возмущений на точность воспроизведения задающего сигнала. Инвариантность (независимость) выходной величины к тому или иному возмущению при использовании этого принципа достигается организацией управляющего воздействия на ОУ, компенсирующего влияние возмущения на точность воспроизведения задания.

Регулирование по принципу компенсации называют также регулированием по возмущению. Для определения (расчёта) компенсирующего воздействия необходима измерить возмущение и иметь математическое описание (математическую модель – ММ), количественно связывающее отклонение (реакцию) выходной переменной ОУ с изменениями возмущающего и управляющего воздействий.

Для пояснения этого принципа функциональную схему ОУ представим в виде двух подсистем 1 и 2. (рис. а )

g

ВП

ИП

2

z

v e y

З

РУ

ИМ

РО

1

ИУ ОУ

а – развёрнутая;

g f

v u y

АР

ОУ

б – обобщённая;

Подсистемы 1 и 2 отражают, соответственно, функциональные связи управляющего воздействия u и возмущения q с выходной переменной y . Результирующее изменение y определяется суммой отклонений, вызванных воздействиями u и g . С помощью задатчика З формируется задающий сигнал v (установка), пропорциональный заданному значению y . Текущее значение возмущения измеряется при помощи измерительного (датчика) ИП и преобразуется с помощью вторичного преобразователя ВП в величину, измеряемую в тех же единицах, что и задающее воздействия. В рассматриваемой схеме в цепь управления введено регулирующее устройство РУ, которое совместно с ИУ преобразует сигнал рассогласования e=ν­z, формируемый в элементе сравнения, который на схеме обозначен в виде , в регулирующее воздействие. ИП и ИУ обычно устанавливают на технологическом оборудовании. В этом случае принимают, что остальные элементы цепей управления и компенсации (З, ВП, РУ, и элемент сравнения на рис. а) образуют АР. Обобщённая функциональная схема системы компенсации, состоящая из двух подсистем ОУ и АР, показана на( рис. б).

В системах компенсации управляемая координата не измеряется и управляющее воздействие не зависит от неё. Это системы с разомкнутой цепью передачи информации.

3. Принцип обратной связи. Размораживание, копчение, как и другие технологические процессы рыбообрабатывающих производств, подвержены воздействию значительного числа дестабилизирующих факторов, часть из которых не измеряется. Следует подчеркнуть , что САУ, построенные по принципу компенсации, могут самостоятельно применяться для управления только устойчивыми объектами, т.е. объектами, которые не накапливают отклонения переменных состояния над действиями возмущений, а самостоятельно возвращаются в исходное состояние после окончания возмущений.

4. Принцип комбинированного регулирования. Недостатки, присущие системам с обратной связью, не свойственны системам компенсации и наоборот. Это делает целесообразным применение систем комбинированного управления, в которых одновременно используются принципы регулирования по отклонению и возмущению.

В системах комбинированного регулировании (рис.) сочетаются достоинства, присущие обоим принципам управления: повышение инвариантности управляемой координаты относительно главных возмущений достигается использованием управления по возмущению, а снижение чувствительности к изменениям свойств объекта и остальным возмущениям обеспечивается применением обратной связи по исходной координате.

ƒ

g y

ОУ

u

АР

ν

Вопрос № 4.

Поясните назначение обратной связи в САУ.

По типу воздействия различают положительную и отрицательную обратные связи . Если результаты процесса усиливают воздействие, то обратная – связь положительна, если же результаты процесса ослабляют его, то проявляется отрицательная обратная связь.(Обратной связью называется передача информации о выходной переменной системы (элемента) на её вход) Отрицательная обратная связь стабилизирует протекание процессов, широко используется с целью повышения устойчивости (стабилизации), улучшения переходов процессов, понижения чувствительности к различным возмущающим факторам, что и обуславливает её применение в САУ. Положительная обратная связь, напротив, усиливает выходное воздействие системы и приводит обычно к ускоренному развитию процессов, к повышению чувствительности, к колебательным процессам ухудшению динамических характеристик.

Суть этого принципа регулирование заключается в измерении отклонения y от регламентиро-ванного значения ν и использовании этого отклонения e для управления объектом . На (рис.) элемент сравнения условно выделен из состава АР. В данном случае обратная связь – это цепь передачи информации об управляемой переменной на вход АР.

Системы с обратной связью являются замкнутыми: информация с выхода ОУ поступает на вход АР, а с выхода АР – на вход ОУ.

Ручное управление

v е u y

З

РУ

ИМ

РО

ОУ

ИУ

ИП

УОИ

Оператор

а – развёрнутая;

g f

v e u y

БУ

АР

ОУ

б – обобщённая;

Вопрос № 5.

Из каких основных подсистем состоит САР?

Подсистемой в широком смысле обычно понимают совокупность различных элементов, тем или иным образом связанных между собой и рассматриваемых как связное целое. Другими словами, система - это некоторый объект, обладающий целостностью или рассматриваемый как целое. Объект этот может быть материальным, но может быть также идеальным, абстрактным. Каждую систему можно рассматривать как состоящую из частей или подсистем различной сложности. В свою очередь, каждая из них состоит из подсистем разного порядка. Другими словами, можно сказать, что любой элемент материальной системы также представляет собой систему, состоящую из еще меньших элементов. Обычно в понятие системы включают также наличие связей или отношений между ее элементами. Здесь имеется в виду, что подсистемы разных порядков и разной сложности постоянно взаимодействуют между, собой, влияют одна на другую и сами при этом изменяются.

Регулирующий орган (РО) – устройство, с помощью которого управляют потоком энергий или вещества, поступающего в ОУ или отводимого из него , и поддерживают заданный режим технологического процесса. В САУ желаемое поведение системы формируется на основе цели, критерия управления и ограничений на координаты состояния и внешних воздействия, а в САР- считается заданным. УУ, используемые в САУ или САР, обычно называют автоматическими регуляторами (АР).

Вопрос №6.

В чем различие между управлением производством и управлением технологическим процессом?

Производительный процесс включает всю совокупность действия – операции, необходимых для выпуска предметов производства. Совокупность операции, обеспечивающих

изменение и последующее определение состояния (форма, размеры, состав и т.п.) предметов производства ,образует технологический процесс (ТП). Операция производительного процесса подразделяются на рабочие операции и операции управления. Управление в самом общем смысле можно определить как руководство поведением. Частный случай руководства поведением – направленное руководство, т.е. совокупность действий, направленная на достижение цели (к желаемому результату).

Воздействие, которое позволяет добиться цели управления, называются управляющим U(t). Операции управления определяют начало, порядок следования и прекращение рабочих операций, регламентируют ресурсы на их выполнение и параметры ТП.

При управлении технологическими процессами в качестве выходных координат часто используют единичные и обобщенные показатели качества продукции. Единичные показатели численно характеризуют отдельные свойства продукции, а обобщённые показатели на основе единичных и комплексно определяют её качество.

Управление технологическим процессом – это управление без локальных регуляторов с помощью ЭВМ. При соответствующем программном обеспечении управление процессом происходит без оператора.

Вопрос №7.

Что понимают под целью, приоритетами и критериями управления?

а) Цель управления отражает желаемое состояние объекта управления. При выборе цели рассматривают анализируемую систему как часть болей сложной системы. Целью управления могут быть обеспечение сохранности и улучшение использования оборудования; стабилизация показателей качества продукции или изменение выходной переменной объекта по определённому закону; определение режима работы предприятия, при котором достигается максимум выпускаемой продукции или затрачивается минимум ресурсов на её выпуск, и т.д.

б) Приоритеты являются мерой важности цели и выражаются обычно в числовой форме.

в) Критерий управления - это признак, по которому определяется близость достижения поставленной цели. По содержанию критерий управления является выразителем тех требований, которые должны быть наилучшим образом удовлетворены. Критерий управления обычно выбирают в виде функции или функционала, связывающего параметра и структуру системы с возможностью достижения цели управления.

Вопрос №8.

Что понимают под термином «автоматика»?

Под автоматикой понимают и совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически. В системах автоматики могут использоваться элементы двух принципиально различных типов – динамические и логические. Для первых определяющим фактором является информация о характере изменения процессов в них во времени; вторые фиксируют факт соблюдения оговоренных условий, не интересуясь моментом времени, когда это факт стал истинным. В зависимости от того, какой фактор для систем в целом является определяющим, последние подразделяются на динамические и логические. Если для системы важны оба фактора, то она называется логико - динамической.

Вопрос №9.

Чем отличается автоматизированное управление от автоматического?

Автоматизация – это замена труда, затрачиваемого человеком на управление, работой технических устройств (средств автоматизации), обеспечивающих получение, преобразование, передачу и использование информации. Различают следующие виды автоматизации: локальная, комплексная, частичная, полная.

Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. А. у. широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья.

Вопрос №10.

Какие объекты относятся к динамическим?

К динамическим объектам относятся и технологические объекты управления ( ТОУ ), представляющие собой совокупность оборудования и реализованного на нём по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства продуктов, полупродуктов, изделий или энергии.

Методы проектирования устройств, обеспечивающих включение, переключение и отключение малоинерционных технических средств (позиционные клапан, электрические контакты и т.п.) рассматриваются в теории переключающих (логических) устройств.

Вопрос №11

Что такое алгоритм функционирования объектауправления?

Алгоритм. Одним из наиболее общих, основных понятий математики и автоматики является понятие алгоритма как совокупности правил, определяющих эффективную процедуру решения любой задачи из некоторого класса задач. Понятие алгоритм близко к понятию оператор, обобщающему понятие функция. В автоматике используются операторы, которые устанавливают связь между функциями, определяющими изменения входного и выходного сигналов. Интегрирование и дифференцирование – простейшие примеры таких операторов.

Вопрос №12.

Что понимают под алгоритмом управления?

Применительно к САУ различают алгоритмы функционирования объекта (процесса), управляющего устройства и САР. В общем случае УУ функционирует в соответствии с чётким предписаниями – алгоритмом управления, определяющим управляющие воздействия и порядок их выполнения для обеспечения заданной цели. В САР алгоритм управления выражает зависимость управляющего воздействия от задающего воздействия (уставки регулятора), управляемой величины и возмущений. Задающее воздействия определяется алгоритмом функционирования ОУ. Методы синтеза алгоритмов управления динамическими ОУ рассматриваются в ТАУ. Алгоритм функционирования объекта и алгоритм управления в совокупности образует алгоритм функционирования САУ.

Вопрос №13.

В чем суть иерархического построения систем управления?

Иерархический принцип управления в технике, принцип построения многоступенчатых систем управления (автоматизированных систем управления отраслью, предприятием, самообучающихся и самоорганизующихся систем, цифровых вычислительных комплексов и т. п.), при котором функции управления распределяются между соподчинёнными частями системы. В соответствии с И. п. обобщённые управляющие сигналы подсистем высшего уровня поступают для управления подчинёнными подсистемами, и наоборот, — конкретные осведомительные и задающие сигналы низших уровней иерархии используются для формирования управляющих сигналов вышестоящих. По принципу подчиненности элемента системы управления, элементу находящемуся выше в иерархической цепи.

Вопрос №14.

Перечислите основные уровни управления производством.

Иерархический принцип построения системы управления (СУ) находит отражение в организационной структуре предприятия, включающей в себя следующие основные уровни управления: рабочее место - первый уровень управления, производственный участок - второй уровень, цех - третий уровень, предприятие (комбинат, завод)- верхний уровень.

Вопрос №15.

Поясните распределение приоритетов эффективности управления по уровням организационной иерархии предприятия.

Работа предприятия, цеха, участка должна удовлетворять нескольким, зачастую противоречивым, показателям эффективностью понимается совокупность свойств объекта (системы), определяющих степень его пригодности для достижения целей функционирования. К основным показателям эффективности относят: прибыльность производства П, количество выпускаемой продукции в единицу времени Ко и качество продукции Кa . Здесь качество продукции понимается в широком смысле, включает её ресурсоёмкость.

Обычное распределение приоритетов показателей эффективности по уровням организационной иерархией предприятия соответствует следующим значениям:

	Ка	Ко	П
Участок	1	2	3
Цех	2	1	3
Предприятие	3	2	1

Вопрос №16.

Что понимают под запаздыванием объекта управления?

Качество конечного продукта формируется в ходе всего технологического процесса, а контролироваться может в конце технологического цикла. Длительность этого цикла определяет запаздывание при выработке корректирующих (соответствующих) сигналов для целесообразного изменения технологического режима, т.е. совокупности параметров всех операций. Наличие запаздывания, т.е. интервала времени между моментами изменения входной координаты и последующим за этим изменением выходной координаты, присуще всем производственным процессам. Физически запаздывание определяется временем перемещения вещества (энергии) от места приложения воздействия (установки регулирующего органа) до места измерения регулируемого параметра. Различают транспортное и переходное запаздывание .

Транспортное запаздывание характерно для перемещения потока жидкости, газа, перемещения сыпучих и твёрдых тел. Переходное запаздывание присуще кинетическим, диффузионным, тепловым процессам.

Вопрос №17.

Что понимают под объектами с сосредоточенными и распределенными параметрами?

По зависимости параметров состояния ОУ от пространственных координат различают объекты с сосредоточенными и распределёнными параметрами . В реальных ТП значения параметров состояния, как правило, зависят от времени и пространственных координат. Такие объекты называются объектами распределёнными параметрами. Замена распределённого объекта одним или совокупностью сосредоточенных объектов ( ёмкостей ) , т.е. идеализированных объектов с постоянными значениями параметров для всех точек технологического аппарата или его части, широко используется и даёт удовлетворительные результаты при разработке САУ.