Вопрос 4. Динамические характеристики датчиков

Динамические свойства датчика характеризуются целым рядом параметров, которые, однако, довольно редко приводятся в технических описаниях производителей. Динамическую характеристику датчика можно экспериментально получить как реакцию на скачок измеряемой входной величины (рис. 2.2). Параметры, описывающие реакцию датчика, дают представление о его скорости (например, время нарастания, запаздывание, время достижения первого максимума), инерционных свойствах (относительное перерегулирование, время установления) и точности (смещение).

Рис. 2.2. Динамическая реакция датчика (реакция на скачок):

T₀ – время прохождения зоны нечувствительности,

T_d – запаздывание,

Т_p – время достижения первого максимума,

Т_s – время установления,

М_p – перерегулирование.

В принципе следует стремиться к минимизации следующих параметров:

• Время прохождения зоны нечувствительности (dead time) – время между началом изменения физической величины и моментом реакции датчика, т. е. моментом начала изменения выходного сигнала.

• Запаздывание (delay time) – время, через которое показания датчика первый раз достигают 50 % установившегося значения. В литературе встречаются и другие определения запаздывания.

• Время нарастания (rise time) – время, за которое выходной сигнал увеличивается от 10 до 90 % установившегося значения. Другое определение времени нарастания – величина, обратная наклону кривой реакции датчика на скачок измеряемой величины в момент достижения 50 % от установившегося значения, умноженная на установившееся значение. Иногда используются другие определения. Малое время нарастания всегда указывает на быструю реакцию.

• Время достижения первого максимума (peak time) – время достижения первого максимума выходного сигнала (перерегулирования).

• Время переходного процесса, время установления (settling time) – время, начиная с которого отклонение выхода датчика от установившегося значения становится меньше заданной величины (например, ± 5 %).

• Относительное перерегулирование (percentage overshoot) – разность между максимальным и установившимся значениями, отнесенная к установившемуся значению (в процентах).

• Статическая ошибка (steady-state error) – отклонение выходной величины датчика от истинного значения или смещение. Может быть устранена калибровкой датчика.

В реальных условиях некоторые требования к датчикам всегда противоречат друг другу, поэтому все параметры нельзя оптимизировать одновременно.

Вопрос 5. Основные требования, предъявляемые автоматизацией к технологии и аппаратному оформлению пищевого предприятия

Пример внедрения АСУТП на пищевом производстве

Рассмотрим процесс перемещения твёрдых материалов.

В качестве объекта управления процессом перемещения твёрдых материалов примем ленточный транспортер, перемещающий сыпучий материал. Показате­лем эффективности этого процесса является расход транспортируемого мате­риала, а целью управления будем считать поддержание заданного значения расхода. В связи с тем все возмущения на входе в объект (изменение гранулометрического состава материала, его влажности, проскальзывание ленты транс­портера и т. п.) устранить невозможно, расход материала следует принять в ка­честве регулируемой величины и регулировать его корректировкой работ дози­ровочных устройств.

Контролю подлежат расход перемещаемого материала и количество потреб­ляемой приводом электроэнергии. При резком возрастании тока электродвига­теля транспортера (например, в случае заклинивания ленты) должны сработать устройства сигнализации и защиты. Последние отключают электродвигатель.

В связи с возможностью засорения отдельных участков транспортной систе­мы посторонними включениями (комками, налипшим материалом) и опасно­стью выхода из строя отдельных элементов транспортера контролируется и сигнализируется также наличие полтока материала с помощью специального датчика.

Необходимо заметить, что типовые решения автоматизации ленточного транспортера при перемещении штучных грузов аналогичны, но в качестве ре­гулируемой величины в этом случае следует принять число единиц груза в еди­ницу времени, а регулирующее воздействие осуществлять корректировкой ра­боты погрузочных устройств.

Различные цели управления процессом перемещения. В зависимости от тре­бований, предъявляемых следующим по ходу перемещаемого материала техно­логическим процессом, перед транспортным устройством могут ставиться раз­ные задачи.

1. Стабилизация усреднённого во времени расхода. Эта задача ставится наи­более часто и решается применением сравнительно простых устройств.

2. Поддержание заданного мгновенного значения расхода. Эту задачу ре­шить значительно труднее, во-первых, вследствие флуктуаций расхода, вызванных изменением проходного сечения дозатора при прохождении через него материала, и, во-вторых, ввиду сложности измерения мгновен­ного расхода. Для измерения мгновенного расхода используют сложные устройства, в которые входят элементы вычислительной техники.

3. Обеспечение определённого суммарного количества материала за опреде­лённый цикл работы. Такую задачу требуется решать, например, при со­ставлении шихты, упаковке определённых порций материала, используют автоматические весы, обеспечивающие взвешивание материала, загрузку и разгрузку бункера.

Внесение регулирующих воздействий изменением скорости транспортёра. Когда между бункером и транспортёром отсутствует дозатор, работа которого определяет количество материала на ленту, расход материала зависит от скоро­сти, ленты. При такой технологической схеме регулирующие воздействия могут быть реализованы изменением скорости ленты. Самым распространённым спо­собом изменения скорости является использование электромагнитных муфт, систем с преобразованием частоты тока и двигателей постоянного тока.

Система автоматического управления транспортёрами. Автоматические уст­ройства управления транспортёрами должны обеспечить не только регулирова­ние расхода перемещаемого груза, но и автоматический пуск, остановку, а в от­дельных случаях и реверсирование электродвигателей этих транспортёров. Сигналы на осуществление той или иной операции могут поступать от команд­ного прибора или от путевых выключателей и реле скорости. Применяют и комбинированные системы, например систему управления пульсирующим транспортёром. Пульсирующий транспортёр должен доставить изделие к аппа­рату, прекратить работу на некоторый промежуток времени, необходимый для загрузки изделия в аппарат, включиться вновь и работать до того момента, пока следующее изделие не достигнет аппарата. Электрическая схема, с помощью которой автоматически производится смена операций.

Управление поточно-транспортными системами. Для обслуживания одного технологического процесса часто необходимо установить несколько транс­портных устройств. Комплекс механизмов и машин, предназначенных для транспортировки материалов в едином технологическом процессе, называют поточно - транспортной системой (ПТС). В связи с тем что работа всех транс-портных установок ПТС подчинена одной цели - обеспечению непрерывного и бесперебойного протекания основного процесса, - автоматизацию их следует вести по общей схеме. Естественно, что системы управления комплексом меха­низмов строятся с учётом всех требований, предъявляемых к схемам отдельных транспортных установок, и, кроме того, должны удовлетворять ряду дополни­тельных требований. Приведём основные из них.

Схему управления следует составлять не для всей ПТС, а для отдельных трактов или участков. Участком называют часть ПТС, предназначенную для выполнения отдельного технологического процесса; границами участка обычно являются ёмкости. Тракт - это часть участка, механизмы которого могут быть включены независимо от остальных механизмов участка. Схема управления трактом должна быть автономной: пуск отдельного тракта не должен отражать­ся на работе соседних. Внутри тракта выбирают головной механизм, который должен включаться первым. Пуск его - единственная ручная операция при управлении трактом. В качестве головного выступает последний по потоку ма­териала механизм. Все остальные механизмы должны включаться автоматиче­ски в такой последовательности, чтобы не было завалов механизмов транспор­тируемых материалом. Последнее условие соблюдается с помощью блокиро­вочных связей, обеспечивающих последовательность: пуска механизмов в направлении, обратном потоку материалов, а остановку какого-либо механизма - только после остановки предшествующих механизмов.

Электрическая схема управления ПТС должна обеспечивать три режима ра­боты механизмов. Основным является сблокированный режим.

Механизмы перед включением должны быть приведены в готовность, поэто­му схему управления ПТС следует построить так, чтобы централизованный пуск её можно было осуществлять только после разрешения из цеха.

При местном режиме пуск и останов механизмов может быть произведён в цехе с помощью кнопки, независимо от состояния соседних механизмов.

При местном сблокированном режиме пуск и останов механизмов также мо­жет быть произведён в цехе, но с обязательным соблюдением блокировочных связей. Необходимость в этом режиме появляется в момент наладки технологи­ческого процесса и во время выхода из строя аппаратуры централизованного режима.