4.2 Управление простым процессом

Управление простым процессом сводится к 3-м основным задачам:

1) распоряжение течением процесса (пуск-прекращения);

2) распоряжение направлением процесса (вперед-назад, вверх-вниз, по часовой стрелке - против, нагревание - охлажде­ние, втекание - вытекание);

3) распоряжение режимом процесса - совокупность его качественных и количественных показателей (движение с заданным за­коном скорости, нагрев по заданному графику и т.д.). Пункты 2) и 3) можно объединить.

Управление простым процессом осуществляется по-разному в зави­симости от типов требуемых режимов:

1)процессы со свободными, неуправляемыми режимами, (задача управления-пуск и прекращение процесса);

2)процессы со свободными режимами в заданных пределах, (задача управления-пуск или прекращение процесса и ограничение качественных показателей);

3) процессы с управлением режима лишь по направлению, (задача управления-пуск, прекращение или реверс процесса);

4) процессы с управляемыми режимами, (задача-пуск или прекращение процесса и обеспечение заданных значений параметров режима).

Процессы 4-го типа бывают 4-х видов:

1) качественный показатель должен сохранять постоянную величи­ну - стабилизирующее управление;

2) программное управление - качественный показатель должен из­меняться по определенному наперед заданному закону;

3) следящее управление - качественный показатель должен изме­няться определенным образом в зависимости от других заранее выбра­нных параметров данного или другого процесса;

4) оптимальное управление - качественный показатель должен из­меняться так, чтобы при переменных величинах, характеризующих да­нный процесс и внешние воздействия, - некоторые характеРис. тики (КПД, скорость, потери) имели оптимальное значение.

Управление режимом осуществляется посредством управляющих воз­действий. При этом могут возникнуть внешние и внутренние возмуще­ния, не связанные с осуществлением управления, но влияющие на ко­личественные и качественные параметры процесса.

Устранение влияния возмущений достигается регулированием процесса (ручным, автоматическим).

Универсальный метод управления (процессом цепью) – изменение величины и знака управляющего воздействия.

Управление может быть дискретным (релейным), разрывным, позиционным или плавным (функциональным) в зависимости от характера изменения проводимости линии передачи.

4.3. Классы средств автоматики

В общем случае система автоуправления может содержать четыре основных класса средств автоматики:

1) средства для получения информации (датчики, анализаторы, измерительные системы и т. д.);

2) средства для передачи информации (преобразователи, передатчики, каналы связи, приемники);

3) средства для переработки информации (счетно-решающие, устройства, вычислительные машины, управляющие машины);

4) средства, использующие информацию для воздейст-вия на управляемый объект (автоматические регуляторы, следящие системы);

Управляющая система в результате получения и переработки информации (регулируемых, входных, выходных переменных и возмущающих воздействиях), вырабатывает сигналы управления. Эта переработка информации осуществляется путем реализации алгоритма управления – некоторой последовательности определенных математических и логических операций. Для АС большое значение имеет характер цепи основного воздействия: при разомкнутой цепи управляющая система реагирует на входные и возмущающие воздействия без получения информации о результатах своей работы и возможности ее корректировать; при замкнутой цепи воздействия управляющая системы получает информацию и координирует свою работу. Замыкание цепи осуществляется на основе обратной связи.

Методы управления режимом:

1) регулирование по возмущению,

2) регулирование по отклонению,

3) автоматический поиск,

4) комбинированные: на основе обучаемых устройств.

Элементная схема АС (САР) отражает состав, назначение и взаимодействие элементов.

Рис. 23. Элементная схема системы автоматического

регулирования.

1-Рп - регулируемый процесс;

2-Вс-воспринимающий элемент (датчик), (чувствительный элемент);

3-Зд - задающий(управляющий)элемент (задатчик);

4-Ср - элемент сравнения _n, _0.

устанавливает величину рассогласования (ошибки)

= ₀ - _n и вырабатывает сигнал ошибки;

5-Пр - преобразующий элемент (преобразователь)

(преобразует сигнал в удобный для последующих передач вид), применяется по мерз надобности;

6-Ус-усилитель сигнала, применяется по мере надобности;

7-Ис - исполнительный элемент

(осуществляет командное воздействие па Ро);

8-Ро - регулирующий орган, управляющий потоком энергии.

2. Классификация СУ по информационным признакам (по источникам и носителям информации, количеству и структуре потоков информации, виду и методам пере­работки информации).

Основной источник информации - программа управления. Эта инфор­мация известна до осуществления технологического процесса. Она мо­жет быть сообщена АС заранее и именуется задающей информацией. Материальная носитель, на котором зафиксирована программа, называется программоносителем.

В программе заданы сведения о характере движения рабочих эле­ментов А.С., их синхронизации, режимах работы, технологические и иные команды.

Вторым источником информации является технологический процесс:

датчики позволяют получать информацию о действительном поло­жении скорости движения рабочих элементов А.С., температурных усло­виях, окончании цикла, нагрузках и т.д.. Эта информация называется информацией обратной связи, а датчики - датчиками обратной связи.

Третьим источником информации является окружающая среда (влажность» температура, вибрации и др.). Это информация о возму­щениях в режимах.

Носители программы: упоры, переключатели, кулаки, копиры, штекерные табло, номеронабиратели, быстросменные носители - пер­фолента, перфокарты, киноленты, магнитные ленты, барабаны, магнит­ные диски.

Чем больше каналов информации, тем выше качество работы СУ, шире ее функциональные возможности.

Системы управления, использующие только задающую информацию, имеют разомкнутую структуру. В них от­сутствует контроль за выполнением программы и обратная связь, ис­пользуется только один поток информации. Задающая информация пере­рабатывается в удобную форму для управления приводом (чаще всего нерегулируемым), выполняющим элементарный цикл технологического процесса.

Информация о воздействующих на техпроцесс возмущениях в ра­зомкнутой системе не используется. Такую структуру имеют СУ с ша­говыми исполнительными механизмами и СУ от кулачков и упоров.

Использование только одного канала информации существенно упро­щает конструкцию СУ, но требует высокого качества изготовления ее элементов.

Замкнутые СУ снабжаются обратной связью, что снижает техноло­гические требования к отдельным их элементам и повышает качество работы СУ.

Используется 2 канала: задающий информацию и обратной связи.

Сопоставление задающей информации с информацией обратной свя­зи осуществляется в сравнивающем устройстве, на выходе которого вы­рабатывается команда управления приводом. Замкнутая система слож­нее разомкнутой, но точность выполнения программа выше, Использует­ся управляемый привод. Замкнутую СУ имеют большинство систем про­граммного управления.

Системы управления использующие 2 и более каналов дополнитель­ной информации и имеющие устройство для коррекции управляющего сиг­нала, можно отнести к классу пРис. посабливающихся СУ: самонастраи­вающихся, самоорганизующихся, самообучающихся.

Самонастраивающиеся системы имеют постоянную структуру, а в процессе работы изменяются лишь управляющие воздействия или параметры (коэффициенты передаточных функций).

Самоорганизующиеся система: изменяются управляющие воздействия и параметры, а также структура СУ.

Самообучающиеся системы характеризуются изменением в процессе работы алгоритма, по которому они построены.

ПРис. посабливающиеся СУ еще не освоены для целей управления тех­нологическим оборудованием (за небольшим исключением самонастраива­ющихся СУ), применяемым в ПУ.

Информация (и задающая, и обратной связи) может быть выражена в виде аналога (величины напряжения, силы тока и др.) или последова­тельностью импульсов.

Рис. 24. Упрощенная схема самонастраивающейся СПУ.

1 - ПУ - программное устройство,

2 - РУ - решающее устройство,

3 - СП - оперативная память,

4 - УУ - управляющее устройство,

5 - ИМ - исполнительный механизм,

6 - ИП - измеритель-преобразователь,

7 - СРБ - счетно-решающий блок.

Самонастраивающиеся системы отличают от обычных СПУ наличием:

счетно-решающего Блока (СРБ), который поправляет работу СПУ с учетом внешних условий и собственной программы. Системы имеют не ме­нее трех потоков информации об одном параметре.

При обработке первой заготовки управление ИМ осуществляется на основе информации, поступившей только от ПУ через СРБ и УУ. В про­цессе обработки первой заготовки измеритель-преобразователь ИП передает в СРБ второй поток информации СУ о действительных размерах уже обработанной детали. В РУ эта информация суммируется с информацией X от ПУ. Результаты суммирования заполняются в ОП. Вторая заготовка обрабатывается на основе информации, зафиксированной в ОП (при обработке 1-ой заготовки) и в то же время идет суммирова­ние информации от ПУ и ИП (по результатам обработки второй заго­товки).

По виду используемой информации СУ подразделяются на непре­рывные, импульсные, смешанные.

Непрерывные СУ - информация подается в виде непрерывной вели­чины. Например, величина перемещения захвата с заготовкой выражает­ся амплитудой или сдвигом фазы напряжения. Любое изменение регули­руемой величины вызывает непрерывное изменение других; связанных с ней параметров.

Импульсные СУ - информация представлена последовательно им­пульсов. Три вида импульсной информации с модулированием: по амплитуде (амплитудно-импульсная модуляция - АИМ), по длительности (ширине) импульсов (широтно-импульсная модуляция - ШИМ) я по частоте (частотно-импульсная модуляция).

По степени централизации СУ бывают: централизованными, децент­рализованными и комбинированными.

Централизованные системы - управление всеми приводами осуще­ствляется от единой программы.

Простейший вид ЦСУ - управление от распределительного вала или командоаппарата.

Децентрализованные - набор систем управления отдельными цик­лами. Каждая система имеет свою программу. Синхронизация работы систем осуществляется датчиками, переключателями на движущихся ра­бочих элементах А.С.. Выполнение отдельного цикла одним механизмом разрешает работу другому (Не нужна сложная блокировка).

Комбинированные - содержать и первую, разновидность и вторую. Такая система гибка и применяется чаще всего.