Федеральное агентство по образованию

Гоу впо Кубанский государственный технологический университет

(КубГТУ)

Кафедра автоматизации производственных процессов

Факультет Компьютерных технологий и автоматизированных

систем

Пугачев в.И.

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Учебное пособие для студентов всех форм обучения химико-технологических специальностей

Краснодар,

Издательство КубГТУ,

2010

УДК 65.011.56

ББК 32.965

Пугачев В.И. Сиситемы управления технологическими процессами Учеб. пособие/. Кубан. гос. техн.ун-т. Краснодар. : Изд. КубГТУ, 2010.

–191 с.

Рассмотрены основные понятия и определения, используемые при проектировании и эксплуатации АСУ ТП, вопросы, связанные с анализом непрерывных линейных и дискретных (цифровых) систем, особенностями нелинейных систем. Приведены сведения из теории линейных непрерывных, дискретных и нелинейных систем управления, принципов действия измерительных приборов, проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами.

Предназначены для студентов всех форм обучения химико-технологических специальностей, изучающих дисциплины СУХТП, АСУ ТП при выполнении лабораторных, курсовых работ и дипломных проектов.

Ил. 114. Табл. 4, Библиогр: 7 назв.

Рецензенты:

декан факультета очного образования Института нефти, газа, энергетики и безопасности (ИНГЭ и Б) д.т.н. профессор Гапоненко А.М

канд.техн.наук, заместитель директора по науке, зав. лабораторией

автоматизации Кубанского филиала “ ВНИЗ” Ю.Ф. Марков.

© ГОУ ВПО «КубГТУ», 2010

Isbn © Пугачев в.И., 2010

СОДЕРЖАНИЕ

	Содержание…………………………………………………	3
1	Основные понятия теории автоматического упра­вления .	5
1.1	Введение ……………………………………………………	5
1.2	Основные элементы САУ………………………………...	6
1.3	Классификация САУ ……………………………………...	7
1.4	Замкнутые и разомкнутые САУ.……….……………..	9
1.5	Статика и динамика регулирования ……………...	10
2	Математические модели элементов САУ …………….	11
2.1	Методика составления уравнений динамики объектов регулирования …………………………………………	11
2.2	Исполнительные механизмы и регулирующие органы САУ……………………………………………………….	20
3	Основные характеристики простейших звеньев ………	23
3.1	Типовые входные сигналы ……………………………	23
3.2	Типовые звенья САУ …………………………………	26
3.3	Основные законы регулирования ……………………	33
4	Устойчивость систем управления ……………………	37
4.1	Общие положения об устойчивости ……………………	37
4.2	Алгебраический критерий устойчивости Гурвица………	39
4.3	Частотный критерий устойчивости Михайлова …………	40
4.4	Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова…………	43
4.5	Устойчивость САУ с запаздыванием ………………..	46
5	Анализ линейных САУ ………………………………….	48
5.1	Структурные преобразования САУ …………………….	48
5.2	Ошибки и их составляющие в САУ ……………………	48
5.3	Граница устойчивости и область устойчивости в плоскости одного и двух параметров ……………………...	50
6	Косвенные критерии качества САУ ………………..	52
6.1	Оценка качества САУ по расположению корней ….	52
6.2	Интегральные оценки качества САУ ………………	54
7	Улучшение качества САУ …………………………..	57
7.1	Введение производной в закон регулирования …..	57
7.2	Введение интеграла в закон регулирования …........	59
7.3	Создание инвариантных САУ ………………………	61
7.4	Создание комбинированных САУ………………….	62
8	Цифровые системы управления……………………..	64
8.1	Способ управления с помощью ЭВМ……………….	65
8.2	Решетчатые функции и разностные уравнения…….	66
8.3	Дискретная передаточная функция………………….	69
8.4	Получение оригинала по -преобразованию………	70
8.5	Цифровые аналоги типовых законов управления….	72
8.6	Анализ цифровых систем управления……………….	75
8.7	Анализ устойчивости цифровых систем………………	78
9	Нелинейные системы……………………………………	81
9.1	Основные типы нелинейностей………………………..	81
9.2	Устойчивость нелинейных систем…………………….	85
9.3	Устойчивость релейных систем……………………….	87
9.4	Линеаризация релейных систем……………………….	93
10	Измерительные приборы……………………………….	99
10.1	Пружинные манометры…………………………………	101
10.2	Устройства для измерения расхода…………………….	104
10.3	Приборы для измерения температуры…………………	113
10.4	Приборы для измерения уровня………………………..	129
10.5	Газоанализаторы…………………………………………	135
10.6	Анализаторы для нефти………………………………….	142
10.7	Плотномеры………………………………………………	147
10.8	Измерители вязкости…………………………………….	155
10.9	Оптические анализаторы………………………………..	158
10.10	Приборы для измерения концентрации водородных ионов…………………………………………………………	164
11	Проектирование систем управления……………………	165
11.1	Основные положения…………………………………….	166
11.2	Общие правила выполнения схем автоматизации……..	166
11.3	Изображение технологического оборудования…………	174
11.4	Изображение комплекса технических средств…………	174
11.5	Изображение линий связи……………………………….	175
11.6	Позиции и позиционные обозначения приборов, средств автоматизации и электроаппаратуры………….	178
12	Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП)……………………………	178
12.1	Задачи автоматизации……………………………………	178
12.2	Основные функции АСУ ТП…………………………….	180
12.3	Состав АСУ ТП…………………………………………..	183
12.4	Устройства связи с объектом (УСО)…………………….	185
12.5	Задачи оптимального управления технологическими процессами………………………………………………..	187
	Литература…………………………………………………	190

1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Введение

Теория автоматического управления есть наука, разрабатывающая

принципы управления системами и необходимые для этого средства, методы анализа и синтез этих систем. Управление стало проникать в сферу социальной деятельности человека.

Принципиально новый оттенок теории автоматического управления придали вычислительные машины. Развившись самостоятельно, они стали постепенно входить составной частью в сложные автоматические системы.

Теория управления в настоящее время стала составной частью и техническим фундаментом науки ХХI века - технической кибернетики, главную сущность которой составляет всеобъемлющая теория управления живой и неживой природой.

Кроме умения ставить задачу по жизненным явлениям, т.е. уметь формализовать жизненную ситуацию в данной области науки и техники, инженер должен уметь решать неспецифические задачи (задачи, связанные с добыванием информации, ее хранением, умением сотрудничать с людьми, распределять функции между ними, управлять человеческими коллективами, производственными процессами).

Хотя принципы управления человеческими коллективами и производственными процессами имеют свои специфические особенности, однако они имеют и много общего. Поэтому, изучая курс «Системы управления технологическими процессами», специалист получает интересную информацию, которую можно использовать в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Широкое внедрение в производ­ство автоматизированных систем управления требует от инже­нера более высокой обшей культуры и особенно по вопросам управления.

Управление с применением ЭВМ можно рассматривать как со­во­купность организационных, методических и технико-экономических решений для осуществления воздействий на управляе­мый объект с целью поддержания или улучшения его функцио­нирования.

Для осуществления управления необходимо иметь:

а) цель управления;

б) ресурсы для обеспечения работы управляемых объектов;

в) органы управления, обладающие правом изменять или перераспределять ресурсы с целью достижения цели управле­ния.

Природа системы может быть различна, но во всех слу­чаях в ней можно выделить управляющую часть, управляемый комплекс процессов или объектов, контрольно-измерительные и задающие устройства.

Процесс управ­ления заключается в том, чтобы из множества состояний, которые может принимать система, выбрать наиболее рациональные с точки зрения поставленной цели. В частном случае задача сводится к стабилизации управляемого объекта, когда необходимо скомпенсировать все внешние и внутренние возмущения.

В условиях современной экономики автоматизация является одним из главных направлений технического про­цесса, она является основой правильного выбора решения (управления), организации труда.