Автоматическое регулирование и управление

Автоматическое управление и регулирование

В этой статье ЭлектроВести расскажут вам, что такое автоматическое управление и регулирование.

В современном мире очень трудно найти технологический процесс, который не был бы автоматизирован. Автоматизация любого технологического процесса подразумевает его контроль, управление, регулирование, сигнализацию, защиту и блокировку. В этой статье рассмотрим основы автоматического управления и регулирования.

В окружающем нас мире повсюду протекают различные процессы управления. В управлении нуждается всё: физический или химический процесс, отдельная технологическая установка, производство в целом, промышленность и так далее. Даже общественные отношения. Управление на сегодняшний день является самым сложным видом человеческой деятельности.

Нет такой отрасли промышленности, где бы не применялись системы автоматического регулирования и управления. Эти системы разнообразны и по характеру решаемых ими задач и по исполнению.

Автоматическое регулирование и управление

Автоматическое регулирование

Регулирование – это поддержание постоянным значения некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение его по заданному закону, осуществляемое с помощью изменения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.

Автоматического системы регулирования (АСУ) предназначаются для автоматического поддержания заданного режима технологического процесса или изменения его во времени по заранее заданному или задаваемому в зависимости от каких-то условий закону. При этом имеется в виду, что внешние условия нарушают заданный закон протекания процесса, а система автоматического регулирования стремится его выполнить, преодолевая влияние внешних факторов.

Под объектом регулирования понимают аппарат (станок, машину), в котором один или несколько физических параметров должны изменяться по заданным законам при любых возможных внешних условиях. Объектом регулирования могут быть:

  • нагревательная печь, в которой температура должна оставаться постоянной или изменяться по заданному закону;
  • бак, в котором должен поддерживаться заданный уровень жидкости при изменениях ее расхода из бака;
  • электрический двигатель, скорость которого должна оставаться постоянной при изменениях момента сопротивления.

Физические величины, закон изменения которых осуществляется автоматическим устройством, называются регулируемыми величинами. Устройство, автоматически поддерживающее заданный закон изменения регулируемой величины, называется автоматическим регулятором.

Заданный закон изменения регулируемой величины вырабатывается специальным задающим устройством (задатчиком). Воздействие задатчика  на регулятор называется задающим воздействием.

Автоматический регулятор постоянно сравнивает текущее значение регулируемой величины с заданным (уставкой) и при наличии рассогласования вырабатывает регулирующее воздействие.

Если регулируемая величина отклоняется от заданного значения, управляющий орган воздействует на исполнительный механизм так, чтобы рассогласование между заданным и действительным протеканием процесса было ликвидировано.

Человек в эту систему непосредственно вмешаться не может, возможно только косвенное участие – посредством изменения уставки.

Автоматическое регулирование и управление

Нарушение заданного закона протекания технологического процесса происходит в основном из-за внешних воздействий на объект, которые называют возмущающими воздействиями. К ним относятся изменения момента сопротивления на валу двигателя, расхода воды из бака, качества топлива или массы нагреваемых изделий в печи и т. д.

Чаще всего устройства автоматического регулирования — системы замкнутые (управление по отклонению). Сигнал, появившись в любой точке замкнутого контура, проходит все звенья системы и возвращается в место своего возникновения (в преобразованном виде). Но бывают и разомкнутые системы (управление по возмущению).

В результате этого в системах регулирования могут возникать колебания, в том числе колебания регулируемой величины. Если колебания возрастают, система называется неустойчивой и является неработоспособной. Поэтому первое требование к системам автоматического регулирования — обеспечение устойчивости регулирования, т. е. обеспечение затухания колебаний, возникающих в системе.

Необходимо также, чтобы выведенная из состояния равновесия возмущающими воздействиями система регулирования вернулась к заданному положению равновесия возможно точнее и возможно быстрее. Пути построения систем, отвечающих перечисленным требованиям, определяет теория автоматического регулирования.

Автоматическое регулирование и управление

Системы автоматического регулирования делятся по характеру задающего воздействия. Когда регулируемая величина должна быть постоянна, то систему называют системой автоматической стабилизации (или просто системой регулирования). Сюда относятся системы сохранения уровня воды в баке, скорости вращения двигателя и др.

Если регулируемая величина изменяется и заранее известен закон (программа) изменения задающего воздействия, система называется системой программного регулирования. Она может, например, осуществлять автоматическое изменение температуры в печи по заранее заданной программе.

Если регулируемая величина изменяется, но заранее не известен закон изменения задающего воздействия, систему регулирования называют следящей системой. К следящим системам в известном смысле можно отнести автоматические потенциометры и мосты.

В автоматическом потенциометре реверсивный двигатель через ползунок реохорда воздействует на измерительный мост так, чтобы напряжение на выходе позднего изменялось соответственно всем изменениям термо-э. д. с. Очевидно, что термо-э. д. с. изменяется по закону, неизвестному заранее, иначе не нужен был бы сам измерительный прибор.

Характер воздействия регулирующего органа на объект бывает непрерывным и прерывистым. Последнее происходит, когда в системе регулирования применяются реле или специальные импульсные устройства.

Простейшими регуляторами прерывистого действия являются двухпозиционные регуляторы. Такое название они получили потому, что их регулирующий орган может занимать только два положения (позиции). Очень часто эти позиции соответствуют максимальной и минимальной подаче сырья или энергии в объект.

  • При так называемом трехпозиционном регулировании регулирующий орган может занижать три положения, соответствующие трем значениям регулируемой величины: «мало», «норма», «больше».
  • Для регулирования непрерывных процессов наиболее часто используют физические или программные ПИД-регуляторы.
  • Автоматическое управление
  • Управление – это процесс выработки управляющих воздействий по переводу объекта управления в желаемое состояние.

Более полное определение: это осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. Эти последние слова в данной ситуации являются ключевыми.

Система автоматического управления отличается от системы автоматического регулирования тем, что при одних и тех же значениях входных величин, т.е. при одной и той же исходной информации воздействие, которое вырабатывает система может быть различно в зависимости от того, какая цель или какой критерий управления в нее заложен. 

Автоматическое регулирование и управление

Назначение систем автоматического управления — исключить участие человека в управлении технологическим процессом. Функции человека сводятся к осуществлению пускового импульса. Все остальные операции по управлению процессом, по изменению режимов работы производятся автоматическим устройством.

Устройства автоматического управления воздействуют на исполнительные механизмы, приводы рабочих агрегатов, которые изменяют подачу сырья, энергии в аппараты, производят перемещения обрабатываемых изделий и т. д.

При автоматическом управлении автоматическое устройство обеспечивает необходимую последовательность, начало и окончание отдельных операций, составляющих рабочий процесс.

Подача командного импульса на управляющий орган осуществляется человеком.

Управляющий орган воздействует на исполнительный механизм, который подает сырье или энергию в аппарат или производит определенную серию механических перемещений, операций, поддерживая тем самым заданный режим работы установки.

Автоматическое регулирование и управление

Автоматизированная система управления (АСУ) – совокупность математических методов, технических и программных средств, организационных комплексов, а также управленческого и обслуживающего персонала, которые совместно осуществляют рациональное управление объектом управления в соответствии с поставленной целью.

Эта система обычно содержит большое количество датчиков, позволяющих измерять различные параметры, большое количество исполнительных устройств, причем их количество необязательно должно совпадать с количеством датчиков.

Основным элементом этой системы является управляющее устройство (контроллер), в который заложена программа обработки, информации получаемой с датчиков и критерий управления, исходя из которого система управления и вырабатывает различные управляющие воздействия.  При одном и том же значении контролируемых параметров управляющее воздействие в данном случае может быть различным.

Автоматическое регулирование и управление

Системы автоматического регулирования наиболее старые системы автоматизации.

Они начали использоваться с середины XIX века (использование автоматических регуляторов в паровых машинах, в железнодорожной автоматике, в электроэнергетике).

В 30-е — 60-е годы XX все системы автоматизации (автоматические станки, линии, участки) строились с использованием релейных схем в комбинации с локальными аналоговыми регуляторами с использованием электронных элементов. 

Автоматическое регулирование и управление

В то время электрические реле являлись наиболее распространенными элементами электроавтоматики. Они применялсь во всех схемах автоматического контроля, защиты, управления и регулирования.

Основная особенность реле — возможность управления достаточно большими мощностями в исполнительных механизмах с помощью незначительных управляющих сигналов от датчиков. Коэффициент усиления реле по мощности может достигать значений десятков тысяч.

Читайте также:  Современные детекторы скрытой проводки

Автоматическое регулирование и управление

По мере того, как технологические процессы усложнялись, количество регуляторов на объектах автоматизации росло и системы становились очень громоздкими и тяжелыми в обслуживании, поэтому после появления компьютерных систем управления (микроконтроллеры, микропроцессоры, программируемые логические контроллеры) системы автоматического регулирования стали замещаться системами автоматического управления.

Ранее ЭлектроВести писали, что проект Закона Украины «О предотвращении, уменьшении и контроле промышленного загрязнения», который направлен на реформирование разрешительной системы в сфере охраны окружающей среды, зарегистрирован в Верховной Раде Украины.

13. Системы автоматического регулирования

Все рисунки, за исключением рис.102, выполнены автором.

Системы автоматического регулирования (САР) применяются для регулирования отдельных параметров (температура, давление, уровень, расход и т.д.) в объекте управления. В современных системах автоматического управления (САУ) системы автоматического регулирования являются подсистемами САУ и их применяют для регулирования различных параметров при управлении объектом или процессом.

Принцип действия всякой системы автоматического регулирования (САР) заключается в том, чтобы обнаруживать отклонения регулируемых величин, характеризующих работу объекта или протекание процесса от требуемого режима и при этом воздействовать на объект или процесс так, чтобы устранять эти отклонения.

Для осуществления автоматического регулирования к регулируемому объекту подключается автоматический регулятор, вырабатывающий управляющее воздействие на регулирующий орган.

Это управляющее воздействие вырабатывается регулятором в зависимости от разности между текущим значением регулируемой величины (температуры, давления, уровня жидкости и т. д.), измеряемой датчиком, и желаемым её значением, устанавливаемым задатчиком.

Регулируемый объект и автоматический регулятор вместе образуют систему автоматического регулирования.

Основным признаком САР, является наличие главной обратной связи, по которой регулятор контролирует значение регулируемого параметра.

Пример системы регулирования температуры

На Рис. 87   показана блок схема системы регулирования температуры в объекте, а на Рис. 88  функциональная схема САР, показывающая общий принцип работы любой системы автоматического регулирования.

Автоматическое регулирование и управление

Если температура в объекте равна заданной, то сигнал с датчика X1  равен сигналу с задатчика X0  и сигнал ошибки на входе регулятора е = X1 — X0 = 0, сигнала на выходе регулятора нет, ИМ не работает и клапан открыт на заданную величину, поддерживая заданную температуру. Если, например, температура в объекте увеличиться, увеличиться сигнал с датчика X1,  возникнет ошибка «е», заработает ИМ и, прикроет клапан РО для уменьшения  подачи тепла, температура в объекте уменьшится до заданной.

Автоматическое регулирование и управление

  • Рис. 88   Функциональная схема САР
  • З – задатчик, для установки заданного значения параметра X0
  • Д – датчик (термопара, терморезистор, датчик уровня, скорости и др. для разных систем)
  • Р – регулятор

ИМ – исполнительный механизм (эл. мотор с редуктором, пневмоцилиндры и др.)

РО – регулирующий орган (кран, вентиль, заслонка и др.)

О – объект регулирования (печь, эл. мотор, резервуар и др.)

  1. У – регулирующее (управляющее) воздействие
  2. Z – помеха (возмущение)
  3. Х – регулируемый параметр
  4. X1– сигнал на выходе датчика
  5. е = X1- X0   ошибка, возникает при отклонении параметра от задания                 
  6. X0 – заданное значение регулируемого (управляемого) параметра может быть постоянным X0 или изменяемым (Ut).
  7. Сигнал с задатчика может быть:

-постоянным X0 = const. для поддержание постоянства регулируемого параметра температуры, давления, уровня жидкости и т. д. (системы стабилизации);

-может изменяться во времени U(t) по определённой программе (программное регулирование);

-может изменяться во времени U(t) в соответствии с измеряемым внешним процессом (следящее регулирование).

Система управления

Систе́ма управле́ния — систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение, предназначенный для достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.

Техни́ческая структу́ра управле́ния — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.

Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния.

В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определённого вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д.

Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.

Структуры управления разделяют на два больших класса:

  • Автоматизированная система управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
  • Система автоматического управления (САУ) — без участия человека в контуре управления.

Типы систем автоматического управления

Система автоматического управления, как правило, состоит из двух основных элементов — объекта управления и управляющего устройства.

По цели управления

Объект управления — изменение состояния объекта в соответствии с заданным законом управления. Такое изменение происходит в результате внешних факторов, например, вследствие управляющих или возмущающих воздействий.

Системы автоматического регулирования

  • Системы автоматической стабилизации. Выходное значение поддерживается на постоянном уровне (заданное значение — константа). Отклонения возникают за счёт возмущений и при включении.
  • Системы программного регулирования. Заданное значение изменяется по заранее заданному программному закону f. Наряду с ошибками, встречающимися в системах автоматического регулирования, здесь также имеют место ошибки от инерционности регулятора. Программное регулирование — достаточно сложный процесс, требует знания технологии и динамических свойств управляемого объекта[1], работающим под непосредственным контролем человека.
  • Следящие системы. Входное воздействие неизвестно. Оно определяется только в процессе функционирования системы. Ошибки очень сильно зависят от вида функции f(t).

Системы экстремального регулирования

Способны поддерживать экстремальное значение некоторого критерия (например, минимальное или максимальное), характеризующего качество функционирования данного объекта.

Критерием качества, который обычно называют целевой функцией, показателем экстремума или экстремальной характеристикой, может быть либо непосредственно измеряемая физическая величина (например, температура, ток, напряжение, влажность, давление), либо КПД, производительность и др.

Выделяют:

  • Системы с экстремальным регулятором релейного действия. Универсальный экстремальный регулятор должен быть хорошо масштабируемым устройством, способным исполнять большое количество вычислений в соответствии с различными методами.
    • Сигнум-регулятор используется как аналоговый анализатор качества, однозначно характеризующий лишь один подстраиваемый параметр систем. Он состоит из двух последовательно включенных устройств: Сигнум-реле (D-триггер) и исполнительный двигатель (интегратор).
    • Экстремальные системы с безынерционным объектом
    • Экстремальные системы с инерционным объектом
    • Экстремальные системы с плавающей характеристикой. Используется в случае, когда экстремум меняется непредсказуемым или сложно идентифицируемым образом.
  • Системы с синхронным детектором (экстремальные системы непрерывного действия). В прямом канале имеется дифференцирующее звено, не пропускающее постоянную составляющую. Удалить или зашунтировать по каким-либо причинам это звено невозможно или неприменимо. Для обеспечения работоспособности системы используется модуляция задающего воздействия и кодирование сигнала в прямом канале, а после дифференцирующего звена устанавливают синхронный детектор фазы.

Адаптивные системы автоматического управления

Основная статья: Адаптивная система

Служат для обеспечения желаемого качества процесса при широком диапазоне изменения характеристик объектов управления и возмущений.

Следует различать два метода организации адаптации: поисковую адаптацию и адаптацию с индикацией объекта, то есть с экспериментальной оценкой его математической модели.

По виду информации в управляющем устройстве

Замкнутые САУ

В замкнутых системах автоматического регулирования управляющее воздействие формируется в непосредственной зависимости от управляемой величины. Связь выхода системы с его входом называется обратной связью. Сигнал обратной связи вычитается из задающего воздействия.

Такая обратная связь называется отрицательной. Может ли быть на оборот? Оказывается, да. В этом случае обратная связь называется положительной, она увеличивает рассогласование, то есть, стремится «раскачать» систему.

На практике положительная обратная связь применяется, например, в генераторах для поддержания незатухающих электрических колебаний

Разомкнутые САУ

Сущность принципа разомкнутого управления заключается в жёстко заданной программе управления. То есть управление осуществляется «вслепую», без контроля результата, основываясь лишь на заложенной в САУ модели управляемого объекта.
Примеры таких систем: таймер, блок управления светофора, автоматическая система полива газона, автоматическая стиральная машина и т. п.

Читайте также:  Как научится читать электронные схемы

В свою очередь, различают:

  • Разомкнутые по задающему воздействию
  • Разомкнутые по возмущающему воздействию

Характеристика САУ

В зависимости от описания переменных системы делятся на линейные и нелинейные. К линейным относятся системы, состоящие из элементов описания, которые задаются линейными алгебраическими или дифференциальными уравнениями.

Если все параметры уравнения движения системы не меняются во времени, то такая система называется стационарной. Если хотя бы один параметр уравнения движения системы меняется во времени, то система называется нестационарной или с переменными параметрами.

  • Системы, в которых определены внешние (задающие) воздействия и описываются непрерывными или дискретными функциями во времени, относятся к классу детерминированных систем.
  • Системы, в которых имеет место случайные сигнальные или параметрические воздействия и описываются стохастическими дифференциальными или разностными уравнениями, относятся к классу стохастических систем.
  • Если в системе есть хотя бы один элемент, описание которого задается уравнением частных производных, то система относится к классу систем с распределенными переменными.
  • Системы, в которых непрерывная динамика, порождаемая в каждый момент времени, перемежается с дискретными командами, посылаемыми извне, называются гибридными системами.

Примеры систем автоматического управления

В зависимости от природы управляемых объектов можно выделить биологические, экологические, экономические и технические системы управления. В качестве примеров технического управления можно привести:

  • Системы дискретного действия или автоматы (торговые, игровые, музыкальные).
  • Системы стабилизации напряжения, температуры, уровня жидкости, оборотов, уровня звука, изображения или магнитной записи и др. Это могут быть управляемые комплексы летательных аппаратов, включающие в свой состав системы автоматического управления двигателя, рулевыми механизмами, автопилоты и навигационные системы.

Понятие настройки системы регулирования

Под настройкой системы регулирования понимается перечень расчетных и экспериментальных работ, направленных на поиск настроечных параметров регулятора, обеспечивающих заданное качество регулирования, организацию и проведение натурных испытаний на действующем производстве или расчетных экспериментов для подтверждения оптимальности выбранных параметров. Доказательством оптимальности должны служить результаты работы регулятора для нескольких значений настроечных параметров, среди которых существуют оптимальные. Параметрами настройки являются их численные значения для конкретного регулятора, ограничения на диапазоны их вариации при поиске, а также критерии качества.

Понятие настройки системы регулирования является достаточно широким — все зависит от поставленной цели и условий настройки. При настройке любых систем регулирования особенно в теплоэнергетике следует учитывать внутреннюю противоречивость выполняемой работы.

Успех настройки регулятора зависит от полноты информации об объекте регулирования. В то же время наиболее полная и достоверная информация может быть получена во время работы системы. Поэтому практическую настройку всегда приходится начинать при дефиците информации и надо быть готовым ко всякого рода неожиданностям.

Однако в любом случае обеспечение устойчивости является обязательным необходимым требованием.

К результатам настройки могут быть предъявлены следующие требования, которые можно отнести к категории достаточных:

  1. обеспечение работоспособности системы регулирования (возможность включения регулятора);
  2. обеспечение работы регулятора при заданном запасе устойчивости (гарантия устойчивой работы);
  3. обеспечение оптимальных параметров, гарантирующих минимум выбранного критерия качества.

Приведенный перечень достаточных требований является списком этапов выполнения наладочных работ, которые надо выполнить для достижения максимального качества работы системы регулирования. Этапы могут быть выполнены сразу при пуске производства или разнесены во времени.[2]

Требования, предъявляемые к системам автоматического управления

Основное назначение системы автоматического управления состоит в обеспечении заданного соответствия между входной и выходной координатами.

В случае следящей системы входная координата должна быть равна выходной в любой момент времени.

Поскольку автоматическая система работает на основе сравнения входной и выходной координат, такое равенство принципиально неосуществимо и можно лишь говорить о достаточно малой разности между входной и выходной координатами.[3]

См. также

  • Теория управления
  • Теория автоматического управления (ТАУ)
  • Распределённая система управления
  • Регулятор (теория управления)
  • Автоматическая бортовая система управления
  • Логарифмические частотные характеристики
  • Управление с прогнозирующими моделями
  • Апериодическое звено

Примечания

  1. А. В. Андрюшин, В. Р. Сабанин, Н. И. Смирнов. Управление и инноватика в теплоэнергетике. — М: МЭИ, 2011. — С. 15. — 392 с. — ISBN 978-5-38300539-2.
  2. ↑ Стефани Е. П.

     Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергетических процессов /Е. П. Стефани. М., 1982. — 325 с

  3. Е. А. Федосов, А. А. Красовский, Е. П. Попов и др. Машиностроение. Энциклопедия. Автоматическое управление. Теория. — М., 2000.

     — С. 20. — 688 с. — ISBN 5-217-02817-3.

Литература

  • Яшкин И. И. Курс теории автоматического управления. М., Наука, 1986
  • Поляк Б. Т., Щербаков П. С. Робастная устойчивость и управление. М., Наука, 2002
  • Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М., Наука, 1966
  • Цыпкин Я. З. Основы теории автоматических систем. М., Наука, 1977
  • Новиков Д. А. Теория управления организационными системами. 2-е изд. — М.: Физматлит, 2007.
  • Красовский А. А. Динамика непрерывных самонастраивающихся систем. М. 1963
  • Моросанов И. С. Релейные экстремальные системы. М., Наука, 1964
  • Кунцевич В. М. Импульсные самонастраивающиеся и экстремальные системы автоматического управления. К, Наука, 1966
  • Растригин Л. А. Системы экстремального управления. М., Наука, 1974
  • Бутко Г. И., Ивницкий В. А., ПОрывкин Ю. П. Оценка характеристик систем управления летательными аппаратами. М., Машиностроение, 1983

Автоматическое регулирование и управление на тэс

Сложность задач управления технологическими процессами на ТЭС вынуждает для удобства выполнения операций по управлению и исключению ошибочных действий персонала разделять оборудование энергоблоков ТЭС и их вспомогательные участки на группы по функциональному признаку.

Под функциональной группой (ФГ) понимается часть основного оборудования, предназначенная для выполнения единой технологической функции.

Например, по парогенератору могут быть выделены ФГ перегрева пара, подачи воздуха, подачи и сжигания топлива, питания парогенератора водой и т. п.

Функциональная группа состоит из нескольких функциональных подгрупп (ФПГ). Как правило, в подгруппу входит один из однотипных агрегатов ФГ.

Реализация управления энергоблоком на основе функциональногруппового принципа требует оптимального формирования групп оборудования и отдельных систем блока.

Управление технологическими процессами ТЭС осуществляется оператором с группового или блочного щита управления.

Для надежной и эффективной работы оборудования на современных ТЭС требуется осуществлять контроль и поддержание на заданных значениях несколько сотен технологических параметров, выполнять тысячи операций по управлению двухпозиционными органами, механизмами и устройствами.

Системы автоматического контроля и управления позволяют освободить оператора от выполнения перечисленных задач и дать ему возможность сосредоточить свое внимание на важнейших параметрах и операциях по управлению.

В число таких автоматических систем входят подсистемы дистанционного и дискретного автоматического управления механизмами и арматурой, автоматического регулирования и защиты, теплового контроля и сигнализации, расчета ТЭП.

Принцип организации управления технологическими процессами на ТЭС приведен на рис. 2.1 [6], где представлены подсистемы автоматического контроля и управления.

На рис. 2.1 приняты следующие обозначения: КУ — ключ управления; ИС — индикатор состояния; ИМ — исполнительный механизм; ЦП — цифровой прибор; ПУ — печатающее устройство.

Рис. 2.1. Структура организации управления технологическими процессами на ТЭС

Устройства дистанционного управления предназначены для передачи воздействий оператора на удаленные от поста управления запорные и регулирующие органы, устройства пуска и отключения механизмов.

Широкое применение на ТЭС получили системы индивидуального (прямого) дистанционного управления, действующие по цепочке оператор (команда) — ключ — система передачи сигнала — пусковое устройство — исполнительный механизм (1 на рис. 2.1).

При значительном количестве электроприводов и исполнительных механизмов применяются избирательные устройства управления (по вызову 2).

Устройство вызова обычно представляет собой клавишный аппарат, с помощью которого выбирается нужный для управления исполнительный механизм.

Управление выбранным исполнительным механизмом осуществляется оператором с помощью ключа управления общего для группы исполнительных механизмов.

  • Устройства систем автоматического регулирования 3 предназначены обеспечивать надежную и экономичную работу оборудования при заданной производительности установок, стабилизацию технологических параметров на заданных значениях.
  • Действие устройств автоматического регулирования осуществляется без участия или при ограниченном участии человека — оператора (воздействие на задающие устройства регуляторов).
  • Автоматическое дискретное управление 4 предусматривает управление группой механизмов от одной команды с последующим автоматическим развитием этой команды по заданной программе.

Устройства тепловой защиты 5 предназначены для недопущения возникновения и развития аварий при нарушении нормального режима работы теплоэнергетического оборудования. Кроме того они защищают оборудование от повреждений при неверных действиях оператора или отказах систем регулирования.

Нарушение нормального режима работы теплоэнергетического оборудования сопровождается отклонениями технологических параметров сверх допустимых пределов, что и используется при включении защит в работу. Чаще всего действие защит одностороннее: отключенное защитой оборудование после устранения причин ее срабатывания включается в работу дежурным персоналом.

Системы защиты имеют собственные первичные устройства для измерения и датчики контролируемых технологических параметров, собственные резервируемые источники питания, независимые каналы управляющих воздействий.

К устройствам сигнализации 6 относятся устройства предупредительной сигнализации и устройства сигнализации состояний вспомогательного оборудования.

Задача устройств предупредительной сигнализации заключается в четком информировании оператора о параметрах, вышедших за установленные пределы. Осуществляется звуковым сигналом и зажиганием светового табло.

Устройства сигнализации состояний вспомогательного оборудования информируют оператора о положении задвижек, шиберов, режимов работы регуляторов, функциональных групп и т. п. Осуществляется на элементах мнемосхемы.

Приборы непрерывного измерения 7 предназначены для обеспечения повышенной надежности контроля ограниченной группы наиболее важных технологических параметров.

Ряд приборов непрерывных измерений снабжены устройствами регистрации, что позволяет оператору отслеживать тенденцию изменения параметров, качество работы систем автоматического регулирования, оценить экономическую эффективность работы теплоэнергетического оборудования за длительный промежуток времени.

Измерения по вызову 8 предназначены в основном для контроля оперативных технологических параметров (т. е.

тех, отклонения которых от нормальных значений сигнализируются), а также параметров, характеризующих регулирующие воздействия (например, расходы воды, топлива и т. п.).

При осуществлении контроля по вызову, оператор с помощью устройства вызова (например, клавишного переключателя цепей) подключает к одному показывающему прибору выбранный из группы измерительный преобразователь.

Массовый контроль 9 выполняется автоматически и служит для контроля большого количества вспомогательных параметров, вероятность выхода которых за установленные пределы мала (например, температуры металла турбины, подшипников различных механизмов и т. п.). При выходе параметров массового контроля за установленные пределы срабатывает сигнализация.

Расчет технико-экономических показателей 10 (ТЭП) выполняется на ЭВМ. Расчет ТЭП предназначен для представления персоналу электростанции текущей и отчетной информации о состоянии оборудования и качества его эксплуатации по отдельным участкам технологического процесса, основным агрегатам и энергоблоку в целом. Результаты расчета ТЭП выводятся на печатающие устройства.

Технические средства автоматизации рассмотренных выше систем (регулирующие устройства, преобразователи, ключи и переключатели управления, измерительные приборы, указатели положения исполнительных механизмов и т. п.) в основном располагаются на групповых или блочных щитах управления (ГрЩУ и БЩУ).

Щит управления представляет собой совокупность вертикальных панелей и противостоящих им пультов и располагается в специально отведенных помещениях.

Часть приборов для контроля второстепенных параметров устанавливается на так называемых местных щитах управления (щиты деаэраторных и редукционно-охладительных установок, щиты манометров, щиты U-образных манометров и др.). Местные щиты управления располагаются вблизи технологического оборудования и обслуживаются дежурными обходчиками.

Обходчики следят за состоянием оборудования и показаниями приборов на местных щитах и при необходимости могут связаться с оператором центрального щита управления или дежурным инженером станции. Связь осуществляется по радио или телефону.

Применение выше описанных подсистем автоматического контроля и управления (контроль и управление по вызову, массовый контроль) позволяет существенно уменьшить число необходимых приборов контроля и управления и вследствие этого значительно уменьшить размеры щитов управления и размеры помещений, в которых эти щиты располагаются. Автоматические системы контроля и управления уменьшают нагрузку на оператора, давая ему возможность сосредоточить свое внимание на поведение основных параметров теплоэнергетической установки и избавить его от выполнения множества второстепенных операций.

Для лучшего восприятия поступающей информации и четкого выполнения управляющих действий в нормальных, предаварийных или аварийных режимах работы теплоэнергетического оборудования необходимые для этого органы управления и средства отображения информации должны располагаться непосредственно в поле зрения оператора, образуя так называемый оперативный контур БЩУ. Приборы остальных систем устанавливаются на панелях неоперативного контура БЩУ (регулирующие устройства, различные преобразователи, приборы массового контроля, коммутационная и вспомогательная аппаратура и т. п.)

На рис. 2.2 в качестве примера приведен возможный план компоновки БЩУ для энергоблока.

Рис. 2.2. Компоновка БЩУ:

  • 1 — оперативные панели щитов; 2 — оперативные панели пультов;
  • 3 — неоперативные панели щитов; 4 — оператор блока;
  • 5 — старший оператор (начальник смены)

Системы автоматического регулирования и управления

      • При изучении данной темы особое внимание следует обратить на 
      • — состав системы автоматического управления (объект управления и устройство управления) и такие понятия как задающее,  возмущающее и управляющее воздействия;
      • — принципы управления по задающему воздействию, по отклонению и по возмущающему воздействию; (управление по отклонению возможно при наличии главной отрицательной обратной связи);
      • — линейные законы управления (пропорциональный, интегральный и дифференциальный)
    • Тест 1 Файл
    • Тема 2. Линеаризация дифференциальных уравнений и формы представления математических моделей элементов САУ

      1. При изучении данной темы особое внимание следует обратить на формы записи дифференциальных уравнений
      2. – общую форму записи ,
      3. – стандартную форму записи,
      4. – форму записи в виде передаточных функций.
    • Тест 2 Файл
    • Для успешного освоения данной темы необходимо изучить 

      — частотные характеристики (амплитудно-фазовая частотная характеристика, амплитудно-частотная характеристика, фазо-частотная характеристика, логарифмические частотные характеристики)

      — временные характеристики (типовые входные воздействия, переходная характеристика, импульсная переходная характеристика).

    • Тест 3 Файл
    • Тема 4. Динамические звенья и их характеристики

      • Для успешного освоения данной темы необходимо изучить временные и частотные характеристики типовых динамических звеньев, к которым относятся: 
      • — безынерционное звено, 
      • — интегрирующее звено, 
      • — апериодическое звено первого порядка (инерционное звено), 
      • — колебательное звено, 
      • — апериодическое звено второго порядка, 
      • — консервативное звено, 
      • — дифференцирующее звено, 
      • — форсирующее звено первого порядка, 
      • — форсирующее звено второго  порядка, 
      • — звено запаздывания.
    • Тест 4 Файл
      1. Для успешного освоения данной темы необходимо изучить
      2. — основные сведения о математическом аппарате теории линейных дискретных стационарных систем (решетчатые функции, разностные уравнения, дискретное преобразование Лапласа и  z – преобразование);
      3. — структурно-динамическую схему и дискретные передаточные функции цифровой САУ;
      4. — необходимое и достаточное условие устойчивости дискретной САУ;
      5. — особенности анализа устойчивости линейных дискретных стационарных систем;
      6. — особенности анализа качества   линейных дискретных стационарных систем.
    • Основная литература —       Кудинов Ю.И. Теория автоматического управления (с использованием MATLAB — SIMULINK) [Электронный ресурс] : учебное пособие / Ю. И. Кудинов, Ф. Ф. Пащенко. — 2-е изд., испр. и доп. — Электрон. текстовые дан. — СПб. : Лань, 2018. — 312 с. Режим доступаe.lanbook.com —       Коновалов Б. И., Лебедев Ю. М. Теория автоматического управления [Электронный ресурс]: учебное пособие. 4-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2016.  224 с. Режим доступа e.lanbook.com. —       Герман-Галкин С. Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab Simulink [Электронный ресурс]:  учебник.— СПб.: Издательство Лань», 2013.– 448с. Режим доступа e.lanbook.com. Дополнительная литература —         Системы автоматического регулирования и управления [Электронный ресурс]: Ч. 1. Практикум/ Сост.: В.М. Бутаков, П.П. Павлов. − КГЭУ, 2017. – 27 с. – Режим доступа: http // lib.kgeu.ru —         Погодицкий О.В., Малёв Н.А. Теория автоматического управления: Учеб.пособие. – Казань: КГЭУ, 2010. – 268 с. —         Погодицкий О.В.  Цифровые системы управления. Учебное пособие – Казань: КГЭУ, 2008.-188с. —         Погодицкнй О.В., Малев Н.А., Ахунов Д.Д., Цветков А.Н. Расчёт и моделирование электроприводов с регуляторами различной конфигурации: лабораторный практикум. Казань: КГЭУ, 2015. – 156 с.
      • Электронно-библиотечные системы
      • ЭБС «Лань»
      • Программное обеспечение дисциплины (модуля)
      • —       MatLab
      • —       Microsoft PowerPoint
      • Интернет-ресурсы 
      • —         ДК, размещенные в LMS Moodle
    • Обсуждение возникших вопросов ЧатДату проведения очередного on-line обсуждения возникших вопросов определяет преподаватель дисциплины, согласовав ее со студентами, изучающими данный курс

Пропустить Навигация

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector