8.3 Области устойчивости сау в фазовом пространстве
параметров
При анализе САУ строят область устойчивости системы в пространстве варьируемых параметров. В случае если параметров два – область устойчивости можно изобразить фигурой на плоскости с координатами. Например, инерционного звена – это коэффициент передачи К и постоянная времени Т. Вдоль границы области устойчивости наносится обращенная внутрь штриховка.
При большем числе варьируемых параметров граница область устойчивости представляет гиперповерхность в N-мерном пространстве. При практических расчетах такая область устойчивости изображается в виде линий в плоскости двух выбранных для анализа параметров при фиксированных значениях остальных характеристик САУ. Эти линии геометрически являются плоскими сечениями гиперповерхности.
Все пространство вне области устойчивости называется областью неустойчивости.
Если САУ в пространстве всех своих параметров не имеет области устойчивости, она называется структурно неустойчивой. Для достижения устойчивости такой системы необходимо изменить (скорректировать) ее структуру.
9 Технические средства автоматизации
9.1 Состав и функции технических средств
Для практической реализации систем автоматизации применяют различные технические средства. Их количество и состав определяются конкретной задачей управления. Типовой комплекс технических средств представлен на рис. 9.1.
Рис. 9.1. Структурная схема комплекса технических средств АСУ
Условные обозначения:
Д – датчики (технологические измерители) – реагируют на изменения параметров технологического процесса и преобразуют их в электрический сигнал.
ИУ – исполнительные устройства – передают управляющее воздействие непосредственно на регулирующие органы объекта управления.
ВК – вычислительный комплекс – основная часть современных АСУ, которая выполняет математическую и/или логическую обработку измерительной информации для выработки управляющих воздействий. До появления ЭВМ в разное время эту роль выполняли электронные схемы, собранные поначалу на реле, позже – на транзисторах, а затем – на микросхемах малой и средней степени интеграции;
УСО – устройства связи с объектом – нормализуют сигналы от датчиков и превращают их в цифровой код, воспринимаемый ВК. УСО осуществляют также усиление сигналов, выдаваемых ВК на исполнительные механизмы, и гальваническую развязку этих сигналов с электрическими потенциалами объекта.
УСОД – устройства связи с оператором-диспетчером – позволяют персоналу вводить в АСУ данные, инструкции и команды, а также получать информацию о ходе управляемого процесса через устройства отображения и регистрации. Связь УСОД с ВК осуществляется с помощью тех же УСО.
В качестве средств ручного ввода могут использоваться как стандартные для ЭВМ средства: клавиатура, джойстик и т.п., так и различного рода задатчики, кнопки, переключатели. Средства отображения также могут представлять собой дисплеи и принтеры, разнообразные световые и цифровые индикаторы, информационные табло, панели, звонки и т.п.
УВК – управляющий вычислительный комплекс образуют собственно вычислительный комплекс, УСО и часть УСОП, свойственная ЭВМ.
Принята следующая иерархия технических средств АСУ:
– нулевой уровень – технологические датчики и исполнительные механизмы;
– нижний (1-й) уровень – программируемые логические контроллеры (ПЛК);
– верхние (2-й и 3-й) уровни – промышленные компьютеры.
Отличительной особенностью средств нижнего уровня является отсутствие устройств связи с оператором (средств ручного ввода и отображения информации) и небольшой объем памяти. ПЛК применяются для регулирования отдельных технологических параметров объекта управления.
Средства второго уровня используются для создания АСУ ТП. Они могут работать как в супервизорном режиме, выдавая уставки контроллерам нижнего уровня, так и в режиме непосредственного цифрового управления, оказывая управляющие воздействия прямо на исполнительные устройства.
Компьютеры третьего уровня применяются в автоматизированных системах управления производством (АСУП). Они загружены задачами комплексного управления участками, цехами и решением стратегических задач предприятия.
Примерные функции современных ТСА:
масштабирование входных и выходных сигналов;
гальваническое разделение сигналов;
выполнение математических и логических операций, нелинейных и
динамических преобразований,
дистанционное изменение статических и динамических параметров
локальных систем регулирования (по команде УВК или оператора);
безударный переход от ручного управления к автоматическому и обратно;
сочетание устройств, использующих разные виды энергии.