logo
Материалы по ТАУ (заочники) - ЭС_КТЭИ_МЭ / ТАУ Учебное пособие по ТАУ

3. Основные элементы, функциональные блоки и структуры сау. Электромеханическая сау.

Функциональная схема (функциональная структура) САУотражает признаки ее функционально-структурной организации и определяет взаимосвязь, соподчиненность ее функциональных элементов и блоков.

Основные элементы САУпо функциональным признакам можно объединить в несколько групп:

1) задающие элементы, позволяющие установить заданное значение выходной переменной ОУ (источники эталонного напряжения или тока, потенциометры, сельсины, кодовые задатчики и др.);

2) чувствительные элементы, обеспечивающие измерение переменных ОУ (датчики технологических координат и параметров ОУ);

3) усилительные элементы, служащие для усиления сигналов чувствительных элементов (полупроводниковые усилители, магнитные и электромашинные усилители, масштабирующие операционные усилители и др.);

4) преобразовательные элементы, обеспечивающие преобразование входного сигнала одного вида в другой, и отличающиеся параметрами (уровнем, частотным спектром, способом кодирования и др.); силовые преобразовательные элементы могут характеризоваться также различной физической природой преобразуемых сигналов (электрической энергии переменного или постоянного тока в механическую, термическую, химическую энергию и т. п.).

5) исполнительные элементы, предназначенные для создания управляющих воздействий на ОУ (электромагнитные приводы, электрические двигатели, гидроприводы, пневмоприводы и др.);

6) корректирующие элементы, обеспечивающие изменение статических и динамических свойств САУ (фильтрующие элементы, дифференцирующие и интегрирующие звенья в прямом или обратном канале регулирования, параметрические регуляторы).

Функциональные блоки– совокупности функциональных элементов САУ, обеспечивающих требуемые функции контроля и управления.

Различают следующие функциональные блоки:

- блоки памяти (от уставок реле и напряжений до устройств хранения программ и данных, записанных на магнитных и электронных носителях информации);

- блоки текущей информации (некоторая совокупность датчиков координат состояния объекта управления, датчиков технологических координат, устройств преобразования, кодирования и передачи первичной информации);

- блоки управления, формирующие сигналы оптимального управления

на основе преобразования исходной (заданной) и текущей информации;

- блоки связи ЭВМ с объектом управления (модули ввода/вывода информации) и иными периферийными устройствами, в частности сетевые аппаратные средства.

В зависимости от соподчиненности подсистем контроля и управления различают следующие функциональные структурыСАУ и АСУ ТП:

- локальные (одноуровневые) и иерархические (многоуровневые);

- централизованные и децентрализованные (распределенные);

- узловые АСУ (АСУ ТПУ);

- комплексные АСУ (АСУ ТПК);

- АСУ предприятием и отрасли промышленности (АСУ П и АСУ ОП).

Наиболее простой структурной организацией САУ обладают одноуровневые децентрализованные системыконтроля и управления. В таких системах каждый производственный участок, технологическая установка снабжаются индивидуальным пунктом управления (ПУ), который оснащается индикаторными и регистрирующими приборами (автоматический контроль и индикация), а также регуляторами технологических координат и параметров (автоматическое управление). На ПУ размещается коммутационная аппаратура дистанционного управления оборудованием, элементы защиты, сигнализации и т. п. Такие ПУ размещают, как правило, в непосредственной близости от объекта управления, что позволяет сократить длину линий связи. ПУ обслуживаются одним оператором (постоянным или работающим в режиме обходчика). Такого рода децентрализованные САУ называют локальными.

Дополняя и, во многом, заменяя человека-оператора, любая система автоматизированного управления копирует его функции. Обобщенная структура локальной автоматизированной (человеко-машинной) САУ приведена на рис. 3.1.

Для выполнения заданных операций оператор должен получить ряд сведений, которые принято называть внешней информацией. Эта неизменная информация хранится в памяти оператора и включает основные характеристики объекта управления (технологического процесса), порядок выполнения операций управления в нормальных и аварийных (нештатных) режимах. За изменением координат ОУ (параметров технологического процесса) оператор следит с помощью органов-рецепторов, из которых наибольшую нагрузку несет зрение. Человеку приходится наблюдать за показаниями индикаторов состояния ОУ, а также реагировать на звуковые (световые) сигналы при фиксации системой предельно-допустимых уровней ряда координат САУ. Далее оператор сопоставляет исходную и текущую информацию и принимает решение (функция центральной нервной системы), реализуя с помощью эффекторов (пальцев, рук, ног, голоса) команды управления.

Р

ис. 3.1. Функциональная структура локальной САУ

Аналогичные функции (информационную и управляющую) выполняют технические средства (функциональные элементы и блоки) САУ. Сбор, переработку, хранение текущей информации, а также выработку управляющей информации осуществляет процессор.

Сложность элементов внутренней технической структуры САУ находится в тесной связи с характером и степенью сложности объекта управления (технологического процесса).

Примерами локальных САУ применительно к производству бронированных кабелей являются подсистемы размотки кабелей с резиновой изоляцией с трех кабельных барабанов, намотки брони, укладки трехжильного бронированного кабеля на приемный барабан и др. Такие САУ относятся, как правило, к классу электромеханических систем управления.

Необходимо отметить, что электромеханические САУ, обладая массой преимуществ в сравнении с гидромеханическими и пневмомеханическими системами, нашли наибольшее применение в современных системах автоматизации. Более того, свыше 60% потребляемой промышленными предприятиями электроэнергии приходится на силовые электромеханические приводы (электроприводы) производственных установок. Именно это обстоятельство явилось доминирующим при выборе объектов математического описания, примеров синтеза и анализа технических систем управления, приводимых в следующих главах настоящей работы.

Обобщенная функциональная схема электромеханической САУ приведена на рис. 3.2.

САУ содержит две основные подсистемы: объект управления (ОУ) и устройство управления (УУ).

Рис. 3.2. Обобщенная функциональная схема

электромеханической САУ

На схеме используются следующие обозначения:

УЗ – устройство задания. Формирует вектор задающих воздействий XЗ изменения выходных координат ОУ.

УР – устройство регулирования или собственно устройство управления, состоящее из регуляторов, корректирующих звеньев, фильтров, преобразователей координат и т. п. Формирует вектор управляющих воздействий UУ, обеспечивая оптимальные динамические и статические характеристики системы в соответствие с заданным критерием качества управления.

СПЭ – силовые преобразователи энергии (электромашинные, тиристорные, транзисторные и т. п.). Преобразуют электрическую энергию питающей сети в энергию управления электродвигателями, формируя вектор выходных сигналов Eп(регулируемые напряжения или токи двигателей).

ЭД – электродвигатели постоянного или переменного тока. Обеспечивают преобразование подводимой электрической энергии в механическую.

X– вектор координат состояния (переменных) электродвигателей (напряжения, токи, скорости вращения валов и др.)

ПМ – передаточные механизмы. Передают энергию вращения двигателей в энергию вращения или поступательного движения исполнительных механизмов (рабочих органов). X - вектор выходных координат передаточных механизмов электромеханической САУ (линейные или угловые скорости или положения).

РО – рабочие органы. Выходом САУ является вектор Yвыходных технологических координат или координат рабочих органов (скорости и положения РО, давление газа или жидкости в магистрали, расход газа или жидкости, натяжение нити или полотна, уровень нефти в резервуаре и др.).

УИс– устройство измерения координат состояния САУ (датчики координат состояния, включая и датчики выходных переменных). Формирует векторXдссигналов обратных связей по состоянию ОУ.

УИв– устройство измерения возмущающих воздействий САУ (датчики координат возмущения ОУ). Формирует векторXдвсигналов обратных связей по возмущению системы управления.

Все возмущения, действующие на САУ, подразделяются на 3 вида:

При синтезе САУ, как правило, пренебрегают влиянием внешних возмущений, а при анализе учитывают лишь существенные возмущения, действующие на ОУ. Оценка влияния вариаций параметров объекта управления на показатели качества управления – предмет анализа так называемой чувствительностиСАУ к параметрическим возмущениям.