shpory GOS111

18.Методы оценки качества регулирования в непрерывных и импульсных САУ

Качество регулирования определяется поведением системы при переходе с одного режима работы на другой. Различие режимов работы возникают из-за изменения внешних воздействий, прикладываемых к системе. Внешние воздействия являются сложной функцией времени, но при исследовании используются типовые воздействия.

Если система описывается обыкновенными ДУ с постоянными коэффициентами, то его решение имеет вид: вых св

вын

Качество переходных процессов определяется свободной составляющей, вынужденная составляющая характеризует точность регулирования.

Методы оценки качества регулирования можно разделить на прямые и косвенные.

Впрямых методах показатели качества определяются по кривой переходного процесса.

Косвенные позволяют найти некоторые показатели расчетным путем без построения переходного процесса.

Вобщем случае переходная характеристика имеет вид:

Переходный процесс характеризуется следующими показателями качества

регулирования:

1. Время регулирования – время, по истечении которого отклонение переменной от

установив. режима не превышает 5%

2.Максимальное перерегулирование – макс.отклонение управл-ой перем-ой от установивш.значения, выраженное в %.

3.Количество колебаний за время регулирования определяется по числу отклонений управл.переменной в обе стороны от установившегося значения за время регулирования.

4.Частота колебаний

5.Время нарастания переходного процесса Tн – время, когда перех.процесс впервые достигает установившегося режима.

6.Время достижения 1-го максимума

7.Декремент затухания

Основными являются первые три показателя.

Качество регулирования при скачкообразном внешнем

воздействии:

Переходный процесс при таком воздействии мб монотонным, апериодическим или колебательным.

ПП называется монотонным, если отклонение управл.переменной от установивш.значения уменьш-ся с течением времени.

Апериодическим, если имеется не более 1-го перерегулирования относительно начал. или конечного значения.

Колебательным если управл.переменная несколько раз отклоняется в обе стороны от установивш.значения.

Качество регулирования в импульсных САУ определяется теми же показателями, что и в непрерывных системах.

Разница в том, что показатели определяются по дискретным значениям выходной переменной.

19.Статика нелинейных САУ.

1)Последовательное соединение

Сложение происходит по оси ординат. Параллельное соединение

Хвых=х1+х2

Сложение производится по оси абсцисс

х1=Хвх-х2

20.Критерий абсолютной устойчивости для нелинейных систем с неустойчивой линейной частью.

Структурная схема имеет вид:

Схема эквивалентна исходной, т.к. обе связи взаимно компенсируют друг друга, r выбирается т.о. чтобы линейная часть системы стала устойчивой.

r

Л

Н

r

Формулировка критерия:

Для абсолютной устойчивости положения равновесия нелинейной САУ с неустойчивой ЛЧ достаточно, чтобы при выбранном коэффициенте r ЛЧ системы была устойчивой, чтобы

прямую так, чтобы видоизмененная ЧХ полностью располагалась справа от этой прямой.

ЛЧ системы находится на границе устойчивости. Если в х.у. ЛЧ системы имеется хотя бы один нулевой или пара чисто мнимых корней, то для определения абсолютной устойчивости необходимо воспользоваться критерием, сформулированным для систем с устойчивой ЛЧ, но дополнить его 2 условиями:

1. Должно соблюдаться условие предельной устойчивости, под которым понимается устойчивость линейной

системы с передаточной функцией 2. Нелинейная характеристика не должна касаться оси

абсцисс, т.е. она должна принадлежать сектору

18. Виды управления АД с помощью ПЧ При скалярном управлении по определенному закону

изменяют амплитуду и частоту приложенного к двигателю напряжения. Изменение частоты питающего напряжения приводит к отклонению от расчетных значений максимального и пускового моментов двигателя, к.п.д., коэффициента мощности. Поэтому для поддержания требуемых рабочих характеристик двигателя необходимо с изменением частоты одновременно соответственно изменять и амплитуду напряжения.

В существующих преобразователях частоты при скалярном управлении чаще всего поддерживается постоянным отношение максимального момента двигателя к моменту сопротивления на валу. То есть при изменении частоты амплитуда напряжения изменяется таким образом, что отношение максимального момента двигателя к текущему моменту нагрузки останется неизменным. Это отношение называется перегрузочная способность двигателя. При постоянстве перегрузочной способности номинальные коэффициент мощности и кпд двигателя на всем диапазоне регулирования частоты вращения практически не изменятся. Зависимость напряжения питания от частоты определяется характером нагрузки на валу двигателя.Важным достоинством скалярного метода является возможность одновременного управления группой электродвигателей.

Векторное управление позволяет существенно увеличить диапазон управления, точность регулирования, повысить быстродействие электропривода. Этот метод обеспечивает непосредственное управление врашаюшин моментом двигателя.

Вращающий момент определяется током статора, который создает возбуждающее магнитное поле. При непосредственном управлении моментом необходимо изменять кроме амплитуды и фазу статорного тока, то есть вектор тока. Этим и обусловлен термин «векторное управление».

Для управления вектором тока, а, следовательно, положением магнитного потока статора относительно вращающегося ротора требуется знать точное положение ротора в любой момент времени. Задача решается либо с помощью выносного датчика положения ротора, либо определением положения ротора путем вычислений по другим параметрам двигателя. В качестве этих параметров используются токи и напряжения статорных обмоток. Менее дорогим является частотно регулируемый электропривод с векторным управлением без датчика обратной связи скорости, однако векторное управление при этом требует большого объема и высокой скорости вычислений от преобразователя частоты.

Кроме того, для непосредственного управления моментом при малых, близких к нулевым скоростям вращения работа частотно регулируемого электропривода без обратной связи по скорости невозможна.

Векторное управление с датчиком обратной связи скорости обеспечивает диапазон регулирования до 1:1000 и выше, точность регулирования по скорости - сотые доли процента, точность по моменту - единицы процентов.

1. Сигналы в автоматических системах

Сигнал — знак, физический процесс или явление, несущие Сообщение о каком-либо событии, состоянии объекта

либо передающие команды управления, оповещения и т. д...

Сигнал описывают мат. моделью, ф-ей, характеризующей изм-е парам-в сигнала. В радиотехнике альтернативой сигналу, к-й несёт полезную инф-ю, является шум — обычно случ. ф-ия времени, взаимодействующая с сигналом и искажающая его. Основн. задачей теоретич радиотехники явл-я извлечение полезной инф-ии из сигнала с обязательным учётом шума. В исследованиях сигнал часто предст-ся ф-ей времени, параметры к-ой могут нести нужную инф-ию. Способ записи этой ф-ии, а также способ записи мешающих шумов называют мат. моделью сигнала. Клас-ия с-ов: По физич. природе носителя инф-ии:

электрич.; электромагн.; оптические; акустич.. По способу задания с-ла: регулярные, заданные аналит. ф-ей; нерегулярные (случайные), принимающие произвольные значения в любой момент времени. Для описания таких с-ов исп-ся аппарат теории вероятностей.

В зав-и от ф-ии, описывающей пар-ры сигнала, выделяют аналоговые(непрерывные)-описываются непрерывной функцией, дискретные(описываются ф-ей отсчетов,взятый в определенные моменты t), квантованные по уровню; дискретные С квантованные по уровню(цифровые).

Аналог. сигнал — С данных, у которого к-ый из представляющих пар-ов описывается ф-ей времени и непрерывным множеством возможных знач. Большинство сигналов имеют аналоговую природу, то есть

изменяются непрерывно во времени и могут принимать любые значения на некотором интервале. Ввести такой сигнал в цифровую систему для обработки невозможно, так как на любом интервале времени он может иметь бесконечное множество значений, и для точного (без погрешности) представления его значения требуются числа бесконечной разрядности. Поэтому очень часто необходимо преобразовывать аналоговый сигнал так, чтобы можно было представить его последовательностью чисел заданной разрядности. Анал. сигн. часто используют для представления непрерывно изменяющихся физич. величин.

Дискретный С-сигнал, который представляется в виде отдельных отсчетов взятых по времени (как правило, согласно теореме Котельникова).Дискретизация аналогового сигнала состоит в том, что

сигнал представл. в виде последовательности знач., взятых в дискретные моменты времени ti. Обычно промежутки времени м- у последовательными отсчётами (Δti = ti − ti−1) постоянны; в таком случае, Δt называется интервалом дискретизации. Сами же значения сигнала x(t) в моменты измерения, то есть xi = x(ti), называются отсчётами.

Квантование —преобразование электрического сигнала, непрерывного во времени и по уровню, в последовательность дискретных (отдельных) либо дискретно-непрерывных сигналов, в совокупности отображающих

исходный сигнал с заранее установленной ошибкой. разбиение диапазона знач непрерывной или дискретной величины на конечное число интервалов. Расстояния между этими уровнями называется шагом квантования .

Цифровой — дискретный сигнал, квантованный по амплитуде. Квантование является частным случаем дискретизации, когда дискретизация происходит по одинаковой величине, называемой квантом.

Важным свойством цифрового сигнала, определившего его доминирование в современных системах связи, является его способность к полной регенерации вплоть до некоторого порогового отношения сигнал/шум, в то время как аналоговый сигнал удаётся лишь усилить вместе с наложившимися на него шумами. Здесь же кроется и недостаток цифрового сигнала: если

цифровой сигнал утопает в шумах, восстановить его невозможно Унифицированные сигналы: 1)непрерывные сигналы в виде постоянных или переменных токов и напряжений

2) Импульсные сигналы в виде серий импульсов пост тока.3) Кодоимпульсные сигналы.

Датчик-первичный преобразователь, преобразующий контролируемую величину (р, t U, I.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. Обобщенно-функциональная схема датчика:

ЧЭ – чувствительный элемент; ИЧЭ – слабый электрический сигнал; БЛК – блок линеаризации и компенсации; ВК – выходной каскад (служит для получения нужного формата сигнала).

Классификация по измеряемым параметрам: д. давления;

расхода; уровня; температуры; положения; перемещения; датчик влажности.Классификация по принципу действия:оптические датчики (фотодатчики), Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла); Пьезоэлектрический датчик; Тензопреобразователь; Ёмкостной датчик; Потенциометрический датчик; Индуктивный датчик. Классификация по характеру выходного сигнала: Дискретные, Аналоговые, Цифровые, Импульсные.

3.Датчик температуры Виды датчиков

Терморезистивные термодатчики — основаны на принципе изменения электрического сопротивления (полупроводника или проводника) при изменении температуры. Основным элементом является терморезистор — элемент изменяющий свое сопротивление в зависимости от температуры окружающей среды.

Несомненные преимущества термодатчиков этого типа это долговременная стабильность, высокая чувствительность, а также простота создания интерфейсных схем.

Полупроводниковые датчики регистрируют изменение характеристик p-n перехода под влиянием температуры. В качестве термодатчиков могут быть использованы любые диоды или биполярные транзисторы. Пропорциональная зависимость напряжения на транзисторах от абсолютной температуры (в Кельвинах) дает возможность реализовать довольно точный датчик.

Достоинства таких датчиков — простота и низкая стоимость, линейность характеристик, маленькая погрешность.

Термоэлектрические преобразователи — иначе, термопары.

Они действуют по принципу термоэлектрического эффекта, то есть благодаря тому, что в любом замкнутом контуре (из двух разнородных полупроводников или проводников) возникнет электрический ток, в случае если места спаев отличаются по температуре. Так, один конец термопары (рабочий) погружен в среду, а другой (свободный) – нет. Таким образом, получается, что термопары это относительные датчики и выходное напряжение будет зависеть от разности температур двух частей. И почти не будет зависеть от абсолютных их значений.

Одним из недостатков термопары является достаточно большая погрешность. Наиболее распространенным способом применения термопар являются электронные термометры.

4. Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.

Принципы реализации Датчик давления состоит из первичного преобразователя

давления, в составе которого чувствительный элемент - приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала.

Тензометрический метод Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе

изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклееных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.

Пьезорезистивный метод Основан на интегральных чувствительных элементах из

монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

между обкладками. Известны керамические или кремниевые ёмкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости.

Резонансный метод В основе метода лежит изменение резонансной частоты

колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

5. Расходомер — прибор, измеряющий расход вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу

количества вещества, то его называют расходомером со счетчиком.

Расходомеры на базе объёмных гидромашин В системах объёмного гидропривода для измерения объёмного расхода рабочей жидкости применяют объёмные гидромашины(как правило шестерённые или аксиальноплунжерные гидромашины).

Объёмная гидромашина в этом случае работает как гидродвигатель, но без нагрузки на валу. Тогда объёмный

расход через гидромашину можно определить по формуле:

Q=V*S

Электромагнитные расходомеры достоинства электромагнитных расходомеров — отсутствие

гидродинамического сопротивления, отсутствие подвижных механических элементов, высокая точность, быстродействие — определили их широкое распространение.

поля, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения

Достоинства и недостатки метода Первичные преобразователи электромагнитных расходомеров не

имеют частей, выступающих внутрь трубопровода (электроды устанавливаются заподлицо со стенкой трубопровода), сужений или изменений профиля.

На показания электромагнитных расходомеров не влияют физико-химические свойства измеряемой жидкости (вязкость,плотность, температура и т. п.), если они не изменяют

турбулентности потока, неравномерности распределения скоростей потока в сечении канала.

Электромагнитные расходомеры непригодны для измерения расхода газов

Ультразвуковой доплеровский расходомер Принцип действия

Принцип действия основан на использовании эффекта Доплера, согласно которому, частота принятого сигнала, отражённого от цели может отличаться от частоты излучённого сигнала и

Для измерения в среде постоянно должно присутствовать достаточное количество отражающих частиц;

Скорость среды должна значительно превышать критическую скорость, при которой частицы начинают оседать; Должна обеспечиваться хорошая отражательная

способность частицы;

– частицы должны быть достаточно большими (> λ/4);

– скорость звука в частице должна существенно отличаться от скорости звука в жидкости;

6. Датчики тока:

Современные датчики тока подразделяются на следующие типы: резистивные датчики (токовые шунты); датчики тока на эффекте Холла; трансформаторы тока;

Резистивные датчики содержат в своем составе резистивный элемент, включаемый в измеряемую цепь. Датчики на основе токового трансформатора позволяют измерять только переменные токи и имеют небольшой частотный диапазон. Тем не менее, преимуществами токовых трансформаторов являются отсутствие вносимых потерь, напряжения смещения и необходимости использования внешнего источника питания.

Датчики тока на эффекте Холла подразделяются на датчики с открытой петлей и датчики с закрытой петлей (компенсационные). Такие датчики позволяют осуществлять измерения и контроль постоянных, переменных и импульсных токов, имеют надежную электрическую изоляцию и широкий частотный диапазон, а также не выделяют тепло.

Область применения

электродвигатели с регулируемой скоростью вращения системы автомобильной диагностики защита от замыкания на землю системы защиты от перегрузки двигателей

7. Датчик скорости: Применение в промышленности:

Измерение скорости и длины материалов, движущихся относительно датчика.

Измерение скорости и положения объектов, движущихся возвратнопоступательно относительно датчика, либо относительно земли (датчик установлен на объекте, например, на рельсовом кране, автомобиле, вагоне...).

Измерение скорости вращения валов.

Принцип измерения - лазерный интерференционный

Общие отличительные черты:

Прецизионные измерения: 0,02 - 0,1 % (в зависимости от абсолютной скорости и частоты измерения, см. таблицу далее), <0,05% дистанции (> 1 м)

Независимость измерений от расстояния до поверхности в широком диапазоне его изменения .

Широкий диапазон номинальных расстояний до поверхности: от 10 см до 150 см и более.

Небольшая потребляемая мощность (< 4 Вт) за счет применения красного или ИК лазерного осветителя.

Датчик скорости ИДС-2

Измерительное колесо с помощью конструктивных элементов прижимается к движущейся ленте и преобразует поступательное движение ленты во вращательное движение вала.

На валу в корпусе установлен оптический датчик вращения. Оптический датчик имеет разрешение 1000 импульсов на один оборот измерительного колеса. Плата электрического преобразователя расположена в корпусе за оптическим датчиком. Плата содержит клеммные соединители для подключения информационных и питающих цепей датчика, схему дешифратора сигналов с датчика, схему питания и клеммный соединитель для подключения кабеля связи.

8. датчики положения

2 вида:

Концевой выключатель — электрическое устройство,

применяемое в системах управления в качестве задатчика, формирующего сигнал при возникновении определенного события, как правило, механическом контакте пары подвижных механизмов.

Сам выключатель выполняет функции аналогичные обычному выключателю.

Конструкция концевого выключателя оптимизирована для использования в системах управления: малогабаритный прочный корпус (обычно изготавливаемый из металла) имеет элементы конструкции позволяющие легко закрепить и сориентировать в пространстве; индикация работы (поданного питания) и сработки датчика выполнены при помощи ярких разноцветных светодиодов; Часто концевой выключатель содержит две пары контактов, нормально разомкнутые и нормально замкнутые. Замкнутая пара позволяет контролировать состояние подключения концевого выключателя: если сигнал переданный по этой паре не возвращается, можно сделать вывод о повреждении кабеля к выключателю. Разомкнутая пара может использоваться для прохождения сигнала после срабатывания выключателя.

[править] Другие применения

Емкостные бесконтактные датчики популярны в качестве клавиатур на бытовых приборах (например, варочных поверхностях). Их достоинства - единообразие дизайна, простота и дешевизна реализации, легкость герметизации.

Пирометрические бесконтактные датчики движения широко используются в системах охраны зданий.

[править] Принцип действия Емкостные выключатели бесконтактные. Измеряют емкость

электрического конденсатора, в воздушный диэлектрик которого попадает регистрируемый объект. Используются в качестве бесконтактных ("сенсорных") клавиатур и как датчики уровня электропроводных жидкостей.

Индуктивные выключатели бесконтактные. Измеряют параметры катушки индуктивности, в поле которой попадает регистрируемый металлический объект. Дальность регистрации типового промышленного датчика - от долей до единиц сантиметров. Характеризуются простотой, дешевизной и высокой стабильностью параметров. Широко применяются в качестве концевых датчиков станков.

Оптические выключатели бесконтактные. Работают на принципе перекрытия луча света непрозрачным объектом. Дальность типовых промышленных датчиков - от долей до единиц метров. Широко применяются на конвейерных линиях как датчик наличия объекта, используются также для контроля пространственных характеристик предмета (высота, длина, ширина, глубина, диаметр) и подачи сигнала на управляемый механизм при достижении указанного порога. Специфическая разновидность - лазерные дальномеры.

Ультразвуковые датчики. Работают на принципе эхолокации ультразвуком. Относительно дешевое решение позволяет измерять расстояние до объекта. Широко применяются в парктрониках автомобилей.

Микроволновые датчики. Работают на принципе локации СВЧ излучением "на просвет" или "на отражение". Получили ограниченное распространение в системах охраны как датчики присутствия или движения.

9. Принцип иерархии при построении систем автоматизации.

Для большинства РСУ характерна трехуровневая модель построения. На нижнем уровне, уровне ввода/вывода (IO Layer), располагаются полевые приборы (датчики, сенсоры, исполнительные механизмы), которые с помощью электрических кабелей подключаются к подсистеме полевого ввода/вывода (IO subsystem).

Электрический сигнал, поступающий с датчика, в подсистеме ввода/вывода интерпретируется как измерение определенной физической величины (температуры воды, например), потом сигнал оцифровывается (переводится из аналоговой формы в цифровую, двоичную). В цифровой форме сигнал передается по специальной шине в контроллер. Подсистема ввода/вывода работает и в другом направлении. Получив от контроллера по той же шине управляющую команду, подсистема ввода/вывода переводит ее из цифровой формы в электрическую аналоговую. Сформированный электрический сигнал по кабелю подается на соответствующий исполнительный механизм.

На среднем уровне находятся контроллеры (CPU) – условно говоря, мозги системы. Они представляют собой мощные вычислительные машины специального (промышленного исполнения). Их задача – обрабатывать поступающую из подсистемы ввода/вывода информацию и выдавать обратно управляющее воздействие. Эта обработка осуществляется в соответствие с заложенными алгоритмами управления и происходит циклически в среднем 10-20 раз в секунду. Для решения сложных задач контроллеры могут обмениваться между собой данными, используя цифровые коммуникационные сети (в нашем случае, Industrial Ethernet).

Контроллеры РСУ могут различаться по производительности, функционалу и архитектуре, хотя существуют и общие требования.

Верхний уровень – это уровень операторского управления, объединяющий серверы и операторские рабочие станции. Выделенный сервер (на рисунке резервирован) поддерживает коммуникацию с подключенными к нему контроллерами и копит внутри себя архив технологических параметров.

Операторские станции OS (operator station) представляют собой персональные компьютеры. В рамках клиент-серверной архитектуры они ведут обмен данными с сервером, а не напрямую сконтроллером. При этом операторских станций может быть несколько десятков.

10. Верхние уровни системы автоматизации MES и ERP. Уровень MMI

Верхний уровень. Ур-нь пром-го сервера, сетевого оборудования, ур-нь операторских и диспетчерских станций. На этом уровне идет контроль хода про-ва: обеспечивается связь с нижними уровнями, откуда осущ-ся сбор данных, визуализациия и диспетчеризациия (мониторинг) хода ТП. Это уровень HMI, SCADA. На этом уровне задействован человек, т.е. оператор (диспетчер). Он осущ-ет локальный контроль технол-го обория через так называемый человеко-машинный интерфейс

(HMI). Для осущ-ия контроля за распр-ой системой машин, механизмов и агрегатов применяется SCADA система. Эта система представляет собой ПО, к-ое настраивается и уст-ся на диспетчерских компьютерах. Она обеспечивает сбор, архивацию, визуализацию, важнейших данных от ПЛК. При получении данных система сам-но сравнивает их с заданными знач упрых пар-ов (уставками) и при отклонении от задания уведомляет

оператора с помощью тревог(Alarms), позволяя ему предпринять необходимые действия. АСУП (АСУ Предприятием), вкл-ая ситему р-ия задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции (MES) и систему планирования ресурсов предприятия (MRP) или (ERP). ERP системы (Система планирования ресурсов предприятия) – это корпоративные выч-ые инс-ты, основ задачей к-ых яв-ся автоматизированный учет, выч-ия и планирование всех ключевых действий компании.Инструментами ERP можно произвести планирование, смоделировать потоки заказов, оценить возможные убытки, прибыли и т.д. Кроме того, данные полученные этим прогр продуктом передаются на более

низкие уровни АСУ ТП — MES, где, с их помощью, производится оперативная перепланировка, распр-ие и прочее. Главным достоинством ERP систем яв-ся интеграции разрозненного ПО в одну программу. MES системы — это специализированное ПО для верхних уровней АСУ ТП, основными задачами к-го я-ся анализ и оптимизация выпуска продукции в режиме реального времени на уровне упр-ия цеха. Вх-и данными MES системы яв-ся данные уровней планирования и контроля. Лицом или объектом, к-ое принимает решения тут, яв-ся руководитель цеха или отделения АСУ ТП. Элементной базой этого уровня АСУ ТП яв-ся мощные серверы баз данных и терминальные сервера и раб станции, на к-ых установлено ПО для решения соответствующих задач. Задачи и ф-и MES: Планирование и диспетчеризация произв-ых процессов; Анализ финансовых затрат; Перепланирование с учетом текущих показателей; Контроль сост и распр-е ресурсов; Упр-е документами; Сбор и хранение данных; Упр-е персоналом; Упр-е процессами, техобслуживанием и ремонтами. Часто ERP и MES объединяют в один уровень структуры АСУ ТП. В чем же отличие ERP и MES системы? MES управляют текущими пр-и пр-ва и контролируют выпуск продукции заданного кач-ва в заданные сроки. ERP отвечают за объёмное планирование

11.Нижние уровни системы автоматизации Control и I/O.

Нижний уровень. Ур-нь оборудования (входов/выходов-

Input/Output-level). Это у-нь дат-ов(sensors), изм-ых уст-тв,

контролирующих упр-ые параметры, а также исп-ых устройств (actuators), воздействующих на эти параметры процесса, для приведение их в соответствие с заданием(ЭП, исплнительные устройтсва для регулир. и упр. воздействий на ТП). На этом уровне осущ-тся согласование сигналов дат-ов с входами ус-ва упр-ия, а вырабатываемых команд с исп-ми устр-ми.

Датчик (Sensor) - это уст-во, преобразующее контролируемую величину (Р, Т, уровень, расход, f, скорость, перемещение, U, I и т.п.) в сигнал, удобный для изм-ия, хранения , регистрации, преобразования и передачи на упр-ее уст-во (контроллер,

регулятор, компьютер), к-ое должно принять и обработать этот

сигнал. Обычно датчик (sensor) состоит из 2 частей — изм-ной головки (sensorhead) и преобразователя (transducer). Различают 3 класса датчиков: - аналоговые д-ки - выраб-ие аналоговый сигнал; - цифровые д-ки - генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово; - бинарные (двоичные) д-ки - вырабатывают сигнал только 2-х уровней: "включено/выключено" (т.е. 1 или 0).Промышленные д-ки яв-ся одними из основных эл-в в сист-х регулирования, упр-ия и АСУ ТП. По физич пр-пу работы д- ки подразделяются на бесконтактные - индуктивные,

емкостные, магнитные, оптические, у/зв, и на контактные,

основн из к-ых являются энкодеры – ус-ва, преобразующие угловые повороты или линейные перемещения в последовательность импульсов опр-го формата и др. Интеллектуальные д-ки В наст время в автоматизированных сист все более широко применяют интеллектуальные д-ки.

12.Программируемый логический контроллер (ПЛК) или программируемый контроллер — специализированный цифровой компьютер, используемый для автоматизации технологических процессов. В отличие от компьютеров общего назначения, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов, приспособлены для длительной работы без обслуживания, а также для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды. ПЛК являются устройствами реального времени.

Мощность Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность

и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру. По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:

наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие

до 15 входов/выходов; малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов; средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов; большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;

сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов.

Область применения Область применения – один из наиболее важных признаков

классификации. Область применения контроллера накладывает целый ряд требований к контроллерам и очень сильно сужает круг поиска при разработке систем управления.

Открытость архитектуры По структуре контроллеры подразделяются на два класса:

контроллеры, имеющие фирменную закрытую структуру, и контроллеры открытой структуры, основанной на одном из магистрально-модульных стандартов.

При закрытой фирменной структуре изменения (модификации) контроллера возможны, обычно, только компонентами производителя. Сами изменения достаточно ограничены и заранее оговорены производителем.

Конструктивное исполнение По конструктивному исполнению контроллеры можно разделить

на несколько групп, мы их условно назовем так:

17. Функциональные возможности преобразователей частоты

Главные способности преобразователей частоты:

• Преобразователи частоты позволяют выверять частоту трехфазного напряжения питания контролируемого мотора в пределах от нулевой отметки до 400 Гц.

• Разгон и подтормаживание мотора исполняется плавненько, при надобности сообразно линейному закону от времени. Время разгона и (либо) время торможения от 0,01 с до 50 мин.

•Реверс мотора, при надобности с плавным торможением и плавным разгоном по данной скорости противоположной направленности.

•При разгоне преобразователи частоты имеют все шансы гарантировать до 150 % повышение пусковых и динамических факторов.

•В преобразователях учтены настраиваемые электрические самозащиты и защиты движков от перегрузки сообразно току, перегревах, утечках на территорию и обрывах рядов питания движков.

•Преобразователи частоты разрешают прослеживать с отражением на цифровом индикаторе и формированием соответственного выходного сигнала о данном главном параметре системы - частоте питающего движок напряжения, скорости мотора, ток либо усилие мотора, положение

•В зависимости от вида перегрузки движков в преобразователях можно формировать необходимые вольт-частотные выходные свойства.

•В более абсолютных преобразователях реализовано векторное управление, дозволяющее действовать с совершенным фактором мотора в области нулевых частот, поддерживать скорость при переменной перегрузке в отсутствии измерителей обратной взаимосвязи, точно контролировать момент на валу мотора. Частотный преобразователь deltavfd-m реализован на складе передовых IGBT-транзисторных инверторов напряжения с управлением и функциональными микропроцессорными контроллерами.

13. Особенности операционных систем реального времени

(ОСРВ) предназначены для обеспечения интерфейса к ресурсам критических по времени систем реального времени. Основной задачей в таких системах является своевременность (timeliness) выполнения обработки данных.

В качестве основного требования к ОСРВ выдвигается требование обеспечения предсказуемости или детерминированности поведения системы в наихудших внешних условиях, что резко отличается от требований к производительности и быстродействию универсальных ОС. Хорошая ОСРВ имеет предсказуемое поведение при всех сценариях системной загрузки (одновременные прерывания и выполнение потоков).

Существует некое различие между системами реального времени и встроенными системами. От встроенной системы не всегда требуется, чтобы она имела предсказуемое поведение, и в таком случае она не является системой реального времени. Однако даже беглый взгляд на возможные встроенные системы позволяет утверждать, что большинство встроенных систем нуждается в предсказуемом поведении, по крайней мере, для некоторой функциональности, и таким образом, эти системы можно отнести к системам реального времени.

Принято различать системы мягкого (soft) и жесткого (hard) реального времени. В системах жесткого реального времени неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время ведет к отказам и невозможности выполнения поставленной задачи. В большинстве русскоязычной литературы такие системы называют системами с детерминированным временем. При практическом применении время реакции должно быть минимальным. Системами мягкого реального времени называются системы, не попадающие под определение "жесткие", т.к. в литературе четкого определения для них пока нет. Системы мягкого реального времени могут не успевать решать задачу, но это не приводит к отказу системы в целом. В системах реального времени необходимо введение некоторого директивного срока (в англоязычной литературе – deadline), до истечения которого задача должна обязательно (для систем мягкого реального времени – желательно) выполниться. Этот директивный срок используется планировщиком задач как для назначения приоритета задачи при ее запуске, так и при выборе задачи на выполнение.

Мартин Тиммерман сформулировал следующие необходимые требования для ОСРВ [DEDSYS]:

ОС должна быть многозадачной и допускающей вытеснение

(preemptable),

ОС должна обладать понятием приоритета для потоков, ОС должна поддерживать предсказуемые механизмы синхронизации,

ОС должна обеспечивать механизм наследования приоритетов, поведение ОС должно быть известным и предсказуемым (задержки обработки прерываний, задержки переключения задач, задержки драйверов и т.д.); это значит, что во всех сценариях рабочей нагрузки системы должно быть определено максимальное время отклика.

Основной идеей клиент-серверной технологии в ОС является сведение базиса ОС к минимуму (планировщик и примитивы синхронизации). Вся остальная функциональность выносится на другой уровень и реализуется через потоки или задачи. Совокупность таких серверных задач отвечает за системные вызовы. Приложения являются клиентами, которые запрашивают сервисы через системные вызовы.

Клиент-серверная технология позволяет создавать масштабируемые ОС и упрощает распределение в многопроцессорной системе. При эксплуатации системы замена одного модуля не вызывает эффекта “снежного кома”; кроме того, сбой модуля не всегда влечет за собой отказ системы в целом. Появилась возможность динамической загрузки и отгрузки модулей. Главной проблемой в этой модели является защита памяти, поскольку серверные процессы должны быть защищены. При каждом запросе сервиса система должна переключаться с контекста приложения на контекст сервера. При поддержке защиты памяти время переключения с одного процесса на другой увеличивается.

14.Гальваническая развязка. Назначение, реализация.

Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними. Гальванические развязки используются для передачи сигналов, для бесконтактного управления и для защиты оборудования и людей от поражения электрическим током.

Без использования развязки предельный ток, протекающий между цепями, ограничен только электрическими сопротивлениями, которые обычно относительно малы. В результате возможно протекание выравнивающих токов и других токов, способных повреждать компоненты цепи или поражать людей, прикасающихся к оборудованию, имеющему электрический контакт с цепью. Прибор, обеспечивающий развязку, искусственно ограничивает передачу энергии из одной цепи в другую. В качестве такого прибора может использоваться трансформатор. В этом случае цепи оказываются электрически разделёнными, но между ними возможна передача энергии или сигналов.

Виды:

•Трансформаторный

•Оптический: оптопары, оптоволокно, солнечные батареи

•Радио: приемники, передатчики

•Звуковой: громкоговоритель, микрофон

•Емкостный: через конденсатор очень маленькой емкости

•Механический: мотор-генератор

15. принцип действия современных ПЧ.

Переменное напряжение питающей сети (uвх.)с постоянной амплитудой и частотой (U вх = const, f вх = const) поступает на

управляемый или неуправляемый выпрямитель (1).

Для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения (uвыпр.) используется фильтр (2). Выпрямитель и емкостный фильтр (2) образуют звено постоянного тока.

С выхода фильтра постоянное напряжение u d поступает на вход

автономного импульсного инвертора (3).

Автономный инвертор современных низковольтных преобразователей, как было отмечено, выполняется на основе силовых биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT. Нарассматриваемомрисунке изображена схема преобразователя частоты с автономным инвертором напряжения как получившая наибольшее распространение.

Винверторе осуществляется преобразование постоянного напряжения ud в трехфазное (или однофазное) импульсное напряжение u и изменяемой амплитуды и частоты. По сигналам системы управления каждая обмотка электрического двигателя подсоединяется через соответствующие силовые транзисторы инвертора к положительному и отрицательному полюсам звена постоянного тока. Длительность подключения каждой обмотки в пределах периода следования импульсов модулируется по синусоидальному закону. Наибольшая ширина импульсов обеспечиваетсяв середине полупериода, а к началу и концу полупериода уменьшается. Таким образом, система управления обеспечивает широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) напряжения, прикладываемого к обмоткам двигателя.Амплитуда и частота напряженияопределяются параметрами модулирующей синусоидальной функции.

При высокой несущей частоте ШИМ (2 … 15 кГц) обмотки двигателя вследствие их высокой индуктивности работают как фильтр. Поэтому в них протекают практически синусоидальные токи.

Всхемах преобразователей с управляемым выпрямителем (1)

изменение амплитуды напряжения uи может достигаться регулированием величины постоянного напряжения ud, а изменение частоты – режимом работы инвертора.

При необходимости на выходе автономного инвертора устанавливается фильтр (4) для сглаживания пульсаций тока. (В схемах преобразователей на IGBT в силу низкого уровня высших гармоник в выходном напряжении потребность в фильтре практически отсутствует.)

Таким образом, на выходе преобразователя частоты формируется трехфазное (или однофазное) переменное напряжение изменяемой частоты и амплитуды (вых = var, f вых = var).

16. виды торможения в частотно-регулируемом приводе.

Режимы торможения электродвигателя и способы останова Самый простой способ останова - выбег электродвигателя. Двигатель отключается от питающей сети и останавливается по инерции. При этом время до полного останова не регулируется и определяется инерционными свойствами двигателя и его нагрузки.

Регулируемое время торможения обеспечивает генераторный способ, заключающийся в том, что преобразователь с необходимой скоростью уменьшает выходную частоту до требуемого значения. При этом двигатель превращается в гегенаратор, преобразую кинетическую энергию вращения в электрическую. В зависимости от типа выпрямляющего устройства энергия возвращается в первичную сеть либо накапливается в контуре преобразователя частоты. Во втором случае и в случае нагрузки с большим моментом инерции для рассеивания энергии может потребоваться применение внешнего тормозного сопротивления, подключение которого при возникновении опасного перенапряжения в промежуточном контуре преобразователя осуществляет специальная контролирующая схема. Таким образом, преимуществом генераторного торможения является предсказуемое время и плавность останова, высокий тормозной момент. Недостаток же заключается в том, что энергия выделяется в преобразователе, и в случае быстрого останова или большого момента инерции нагрузки для избежания перегрева встроенного резистора контура постоянного тока преобразователя необходимо использование внешнего сопротивления.

Для того чтобы осуществить торможение постоянным током, или, иными словами, динамическое торможение, с обмотки статора двигателя снимают переменное напряжение и на одну или две фазы подают постоянное напряжение. При этом магнитное поле будет вызывать в начале замедление, а затем и удержание ротора в неподвижном состоянии. Преимуществом динамического торможения является выделение электрической энергии в роторе двигателя, что делает ненужным использование тормозного сопротивления, и плавным останов. Но поскольку выходная частота преобразователем не контролируется, то время торможения становится величиной неопределённой. Эффективность торможения в этом случае по сравнению с генераторным методом составляет 30-40%.

При комбинированном способе торможения используется комбинация двух описанных способов, то есть на переменную составляющую выходного напряжения преобразователя накладывается постоянная составляющая. Этот способ торможения сочетает в себе преимущества обоих электрических способов торможения и позволяет эффективно тормозить электродвигатель за короткое время выделения тепла в преобразователе.

19. Параметрирование

1.Ручное управление — пользователь непосредственно управляет преобразователем путем подачи команд с пульта управления. Все события, такие как пуск и останов двигателя инициируются пользователем вручную.

2.Управление по событиям — как правило,в составе преобразователя имеются часы реального времени и существует возможность запрограммировать определенные действия по наступлению заданного времени.

3.Управление по «сухим контактам»— в составе даже простых моделей преобразователей частоты имеется различное количество гальванически развязанных дискретных входов

управления, которые принято называть «сухими контактами».

4.Внешнее управление— режим управления преобразователем от внешнего управляющего устройства. Как правило, для этого используется интерфейс RS232 или RS485. В качестве внешнего устройства управления может использоваться персональный компьютер со специальным программным обеспечением, позволяющий не только управлять реобразователем, но и просматривать информацию о его текущем состоянии.

Различные настройки разгона и торможения Для уменьшения перегрузок при включении и отключении двигателя преобразователь осуществляет его плавный разгон и торможение. Для эффективного управления приводами различного промышленного назначения используются различные виды характеристик разгона и торможения.

20. Современный сервопривод Сервопривод (следящий привод) — привод с управлением через

отрицательную обратную связь, позволяющую точно управлять параметрами движения.

Сервоприводом является любой тип механического привода (устройства, рабочего органа), имеющий в составе датчик (положения, скорости, усилия и т. п.) и блок управления приводом (электронную схему или механическую систему тяг), автоматически поддерживающий необходимые параметры на датчике (и, соответственно, на устройстве) согласно заданному внешнему значению (положению ручки управления или численному значению от других систем).

Состав сервопривода

привод — например, электромотор с редуктором, или пневмоцилиндр, датчик обратной связи — например, датчик угла поворота

выходного вала редуктора (энкодер), блок питания и управления (он же преобразователь частоты / сервоусилитель / инвертор / servodrive).

вход/конвертер/датчик управляющего сигнала/воздействия (может быть в составе блока управления).

Простейший блок управления электрического сервопривода может быть построен на схеме сравнения значений датчика обратной связи и задаваемого значения, с подачей напряжения соответствующей полярности (через реле) на электродвигатель. Более сложные схемы (на микропроцессорах) могут учитывать инерцию приводимого элемента и реализовывать плавный разгон и торможение электродвигателем для уменьшения динамических нагрузок и более точного позиционирования (например, привод головок в современных жёстких дисках).

Для управления сервоприводами или группами сервоприводов можно использовать специальные ЧПУ-контроллеры, которые можно построить на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК).

Мощность двигателей: от 0,05 до 15 кВт. Крутящие моменты (номинальные): от 0,15 до 50 Н·м и более.

Виды сервопривода

1.Сервопривод вращательного движения Синхронный Асинхронный

2.Сервопривод линейного движения Плоский Круглый

Синхронный сервопривод — позволяет точно задавать угол поворота (с точностью до угловых минут), скорость вращения, ускорение. Разгоняется быстрее асинхронного, но в разы дороже.

Асинхронный сервопривод — позволяет точно задавать скорость, даже на низких оборотах.

Линейные двигатели — могут развивать огромные ускорения

(до 70 м/с²).

Уэлектромеханического сервопривода движение формируется электродвигателем и редуктором.

Уэлектрогидромеханического сервопривода движение формируется системой поршень-цилиндр. У данных сервоприводов быстродействие на порядок выше в сравнении с электромеханическими.

[править] Применение

Сервоприводы применяются для точного (по датчику) позиционирования (чаще всего) приводимого элемента в автоматических системах:

управляющие элементы механической системы (заслонки, задвижки, углы поворота) рабочие органы и заготовки в станках и инструментах

Электропривод

1.Уравнение движения электропривода

2. Механические характеристики производственных механизмов

3.Механические характеристики ДПТНВ

4.Механические характеристики ДПТПВ

5. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором 6.Выбор мощности Д методами эквива-х величин в длительном режиме с переменной нагрузкой, в повторно-кратковр-ом режиме 7.Разомкнутые САУ. Упр-е в функции скорости

8.Разомкнутые САУ. Упр-е в функции тока

9.Разомкнутые САУ. Управление в функции тока времени.

10.Замкнутые САУ. Общий принцип построения механической характеристике в замкнутой САУ

11.САУ с отрицательной ОС по напряжению

12.САУ с положительной ОС по току

13.САУ с отрицательной обратной связью по скорости

14.САУ с отрицательной обратной связью по току с отсечкой.

15.Регулирование угловой скорости вращения в ЭП. Показатели регулирования.

16.Регулирование угловой скорости двигателя постоянного тока независимого возбуждения в системе Генератор-двигатель

17.Параметрическое регулирование угловой скорости двигателей(введением

Rд)

18.Регулирование скорости вращения в системе тиристорный преобразователь

– двигатель. Выпрямительный режим

19.Регулирование скорости вращения в системе тиристорный преобразователь

– двигатель. Тормозные режимы

20.Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя с КЗ ротором

ТАУ

1.Математическое описание элементов и систем управления

2.Частотные характеристики элементов и систем управления

3.Общие условия устойчивости непрерывных САУ

4.Общие условия устойчивости импульсных САУ

5.Алгебраические критерии устойчивости для непрерывных САУ

6.Особенности использования алгебраических критериев устойчивости для импульсных САУ.

7.Частотные критерии устойчивости для непрерывных САУ

8.Особенности использования частотных критериев устойчивости для импульсных САУ.

9.Синтез параллельных корректирующих устройств

10.Синтез последовательных корректирующих устройств.

11.Метод фазовой плоскости

12.Метод гармонической линеаризации

13.Критерий устойчивости Найквиста на комплексной плоскости 14.Критерий устойчивости Найквиста в логарифмических координатах

15.Критерий абсолютной устойчивости для систем с устойчивой линейной частью.

16.Отличие статической и гармонической линеаризации

17.Принципы управления

18.Методы оценки качества регулирования в непрерывных и импульсных САУ

19.Статика нелинейных САУ

20.Критерий абсолютной устойчивости для нелинейных систем с неустойчивой линейной частью.

Автоматизация

1.Сигналы в автоматических системах

2.Датчик, как элемент автоматической системы.

3.Датчик температуры

4.Датчик давления

5.Датчики расхода

6.Датчики тока

7.Датчик скорости

8.Датчики положения

9.Принцип иерархии при построении систем автоматизации.

10.Верхние уровни системы автоматизации MES и ERP. Уровень MMI

11.Нижние уровни системы автоматизации Control и I/O.

12.Программируемый логический контроллер в системе автоматизации

13.Особенности операционных систем реального времени

14.Гальваническая развязка. Назначение, реализация.

15.Принцип действия современных ПЧ.

16.виды торможения в частотно-регулируемом приводе.

17.Функциональные возможности ПЧ

18.Виды управления АД с помощью ПЧ

19.Параметрирование современных ПЧ

20.Современный сервопривод