Автоматические системы управления

 

АСУ представляют собой совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. Такие системы могут быть классифицированы по ряду признаков.

В тех случаях, когда технологический процесс осуществляют несколько взаимосвязанных агрегатов и установок, для его автоматизации можно использовать системы, имеющие различную структуру:

 

- в децентрализованной системе (рис.26 б) обеспечивается управление отдельными агрегатами (А) или установками посредством локальных автоматических систем контроля, управления и регулирования (ЛУ). Координацию работы локальных систем осуществляют операторы, используя средства оперативной связи.

- в централизованной системе (рис. 26в) обеспечивается координированное управление всеми агрегатами и установками посредством комплексных устройств автоматизации контроля, управления и регулирования (ЦУ). В таких системах используются машины централизованного контроля и многоканальные регуляторы, а в последнее время нашли применение управляющие вычислительные микро – и минимашины. Здесь оператор лишь наблюдает за ходом технологического процесса и контролирует исправность технических средств системы.

 

- в иерархической системе (рис. 26г) обеспечивается управление отдельными агрегатами и установками посредством локальных АС контроля, управления и регулирования, представляющих нижний уровень иерархии. Для этого используется ЭВМ, которые обрабатывают информацию и выдают задание локальными системами нижнего уровня. В многоуровневых системах оператор может непосредственно координировать работу локальных систем по рекомендации (совету) ЭВМ.

 

Централизованные системы и системы с иерархической структурой, охватывающие технологический комплекс агрегатов и установок единым управлением, называют автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП). Они могут быть подсистемами автоматизированной системы управления производством (АСУП). АСУП представляют собой автоматизированные организационно-экономические системы управления производством, основной задачей является обеспечение оптимального функционирования предприятия как единого целого за счет правильного выбора целей и путей их достижения, текущего и перспективного планирования, наилучшего распределения заданий между отдельными частями системы и обеспечения их четкого взаимодействия. Попутно АСУП должна решать задачи учета, отчетности, оплаты труда и пр. АСУП строят на базе ЭВМ общего назначения. Система должна иметь информационное, математическое и техническое обеспечение.

В зависимости от характера управляющего взаимодействия и выполняемых задач различают системы автоматической стабилизации, программного регулирования, следящие, экстремального регулирования:

 

- в системе автоматической стабилизации задача автоматического регулятора состоит в том, чтобы стабилизировать процесс, т.е. поддерживать постоянное значение величины (точнее говоря, поддерживать значение регулируемой величины в достаточно узких пределах, допустимых для эксплуатации). Например, температура в печах или отдельных частях печей, давление, уровень стекломассы, уровень жидкостей, сыпучих материалов и т.п.

 

- в системе программного регулирования регулируемая величина поддерживается на значении, которое изменяется по заданному закону (по заданной программе) в зависимости от времени, Например, тепловой режим периодических печей, установок термовлажностной обработки бетонных изделий, которым предусматривается подъем температуры, выдержка и последующее охлаждение изделий.

 

- следящей системой регулирования называется система, которая поддерживает регулируемую величину в заданных пределах, причем пределы изменяются под влиянием процессов, происходящих вне рассматриваемой системы и заранее неизвестных. Задача системы регулирования в этом случае состоит в том, чтобы изменения регулируемой величины происходили в соответствии с изменениями какой-то другой величины, или, как говорят, чтобы изменения регулируемой величины следили за изменениями другого параметра.

Примером следящей системы может служить автоматический потенциометр. Измерительная система его поддерживает соответствие между температурой, измеряемой термопарой, и положением указательной стрелки, показывающей на шкале измеренную температуру. Стрелка потенциометра «следит» за измеряемой температурой, показывая ее значение на шкале прибора. Регулируемой величиной в этой системе является положение стрелки, а задающим воздействием – температура, измеряемая комплектом из термопары и потенциометра. Само собой разумеется, что температура заранее не известна и определяется ходом процесса в объекте измерения.

 

Вышеописанные системы характерны тем, что их рассчитывают для работы в определенном режиме, который соответствует наиболее часто встречающемуся сочетанию внешних условий. Если в этих системах режим отклонился от расчетного, то качество регулирования может ухудшится вплоть до потери устойчивости. Поэтому для объектов, которые работают в сильно изменяющихся окружающих условиях, применяют системы регулирования, автоматически приспосабливающиеся к этому изменению; такие системы называют самонастраивающимися.

 

- системой экстремального регулирования (ЭР) называется такая автоматическая система, в которой поддерживает оптимальное для изменяющихся условий значение регулируемой величины.

В качестве примера системы экстремального (от слова «экстремум», объединяющего понятия «максимум» и «минимум») регулирования можно привести систему регулирования соотношения расходов топлива и воздуха печи, отапливаемой форсункой. Каждому расходу топлива соответствует некоторое определенное значение расхода воздуха, при котором температура в топке максимальна. Если уменьшить количество воздуха, подаваемого в печь по сравнению с оптимальными значениями, то температура в печи понизится из-за увеличения недожога топлива (хотя именно при понижении температуры пришлось увеличить расход топлива!). Увеличение расхода воздуха также вызывает понижение температуры вследствие охлаждения печи избыточным воздухом. Система ЭР поддерживает такие значения расхода воздуха, при которых температура при данном расходе топлива является максимальной.

Если, например, в качестве регулируемого параметра принять КПД парового котла, то система ЭР должна обеспечивать максимальную экономичность процесса горения (т.е. наивысшее значение КПД) посредством соответствующего управления расходом топлива и воздуха.

 

Автоматическое регулирование может выполняться двояким образом: без контроля результата - по разомкнутому циклу и с контролем результата - по замкнутому циклу. Замкнутый цикл образуется при наличии связи между выходной и входной величинами, которую называют основной обратной связью.

Именно замкнутой является система автоматического регулирования по отклонению, в которой измеряется отклонение регулируемой величины от заданного значения и в зависимости от измеренного этого отклонения на регулирующий орган подается такое воздействие, которое уменьшает величину отклонения.

По разомкнутому циклу (т.е. без обратной связи) работает система регулирования по возмущению (или по нагрузке). В ней измеряется возмущение, действующее на объект, подается на вход системы, где суммируется с заданием, и на основании этой информации вырабатывается управляющее воздействие. Достоинство этой системы – быстродействие; недостаток – нельзя учесть все возмущения, действующие на объект, а также неустойчивость системы.