Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 53
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Содержание
| Введение …………………………………………………………………………… | 3 |
| 1 Основы теории автоматического управления …………………………………. | 5 |
| 1.1 Основные понятия …………………………………………………………… | 5 |
| 1.2 Классификация систем управления и регулирования ……………………. | 7 |
2 Особенности металлургических процессов как объектов автоматического управления и регулирования ……………………………………………………… | 12 |
| Заключение …………………………………………………………………………. | 17 |
| Список использованных источников …………………………............................... | 18 |
Введение
К середине 1960-х гг. определились основные направления развития цветной металлургии, которые сохраняются и в настоящее время: интенсификация технологических процессов, проведение их в режимах, близких к критическим, применение агрегатов большой единичной мощности.
В агрегатах большой единичной мощности отсутствует резервное оборудование и промежуточные емкости, поэтому выход из строя какого-либо аппарата при нарушении в нем технологического режима вызывает аварийную остановку всего агрегата. Стоимость каждой такой установки порой составляет до миллиарда рублей. Отсюда видно, насколько важно обеспечить высокое качество управления агрегатами. Развитие работ по автоматизации технологических процессов в нашей стране началось в 1950 – 1960-е гг. Основное внимание было уделено созданию локальных систем, обеспечивающих автоматизацию простейших функций управления технологическими процессами: централизованный контроль, противоаварийную защиту и регулирование (стабилизацию или изменение по заданной программе). Дальнейшее развитие металлургии потребовало создания гораздо более совершенных систем управления – автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).
В экономическом плане внедрение АСУ ТП позволяет сделать следующее:
- решить основную задачу повышения производительности труда, сокращения численности основного и вспомогательного персонала в результате уменьшения времени на обслуживание и выбора оптимальных условий работы агрегатов;
- уменьшить непроизводительные расходы сырья и энергии;
- повысить качество продукции.
Социальный эффект АСУ ТП заключается в том, что улучшаются условия труда, создаются условия для повышения квалификации кадров; и создаются объективные условия для совершенствования технологических процессов и оборудования.
Совершенствование систем автоматического контроля и управления в металлургической промышленности России является непрерывным процессом, однако можно выделить несколько основных этапов развития автоматизации:
- внедрение контрольно-измерительных приборов, что позволило объективно оценивать состояние и ход технологических процессов;
- применение дистанционного управления регулирующими органами (клапанами, шиберами, механизмами загрузки и т.д.), которое освободило персонал от физической работы, часто выполняемой в условиях высокой температуры и значительной загазованности;
- централизация приборов контроля и дистанционного управления, их размещение на общем щите в специальном помещении. Это способствует более глубокому анализу производственных ситуаций и повышает эффективность управления;
- внедрение разомкнутых систем управления с блокировками, обеспечивающими безопасность персонала и технологического оборудования.
1 Основы теории автоматического управления
1.1 Основные понятия
Системы управления современными металлургическими и химико- технологическими процессами характеризуются большим количеством технологических параметров, число которых может достигать нескольких сотен. Для поддержания требуемого режима работы, а в конечном счете и качества выпускаемой продукции все эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону.
Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса. Например, параметрами технологического процесса могут быть температура, давление, расход, напряжение и т.д.
Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной, или регулируемым параметром.
Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением.
Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением.
Объект управления (объект регулирования, ОУ) – это устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.
Управление – это формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.
Регулирование – это частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.
Автоматическое управление – это управление, осуществляемое без не- посредственного участия человека.
Входное воздействие (Х) – это воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.
Выходное воздействие (Y) – это воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства. Внешнее воздействие – это воздействие внешней среды на систему.
Задающее воздействие (то же, что и входное воздействие Х) – это воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины).
Управляющее воздействие (u) – это воздействие управляющего устройства на объект управления.
Управляющее устройство (УУ) – это устройство, осуществляющее воз- действие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.
Возмущающее воздействие (f) – это воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
Ошибка управления (e = x - y) – это разность между предписанным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.
Регулятор (Р) – это комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.
Автоматическая система регулирования (АСР) – это автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление (u) вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.
Дополнительная связь в структурной схеме АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.
1.2 Классификация систем управления и регулирования
Системы управления и регулирования классифицируются по следующим принципам:
- по методу управления автоматизированные системы управления (АСУ) подразделяются на неадаптивные (или неприспосабливающиеся) и адаптивные (или приспосабливающиеся) системы.
Неадаптивные автоматизированные системы управления не приспосабливаются к изменяющимся условиям работы объекта управления. Это наиболее простые системы, не изменяющие своей структуры и параметров в процессе управления. Практически все автоматизированные системы регулирования (АСР) относятся к неадаптивным АСУ. Для этих систем на основе априорной (существующей до начала работы) информации при проектировании и наладке выбирают структуру и параметры, которые обеспечивают заданные свойства системы (выполнение целей управления) для типовых или наиболее вероятных условий ее работы (при необходимости перестраивать системы можно вручную).
Неадаптивные системы подразделяются на три типа:
- стабилизирующие системы, т.е. обеспечивающие поддержание постоянного заданного значения регулируемой величины (например, система поддержания заданного значения расхода мазута во вращающуюся печь спекания);
- программные, задачей которых является изменение регулируемой величины по заданному закону во времени или в зависимости от величины другого параметра (например, изменение температуры в камерной термической печи по определенному графику, необходимому для данного типа термообработки: повышение температуры с определенной скоростью, выдержка при постоянной температуре и т.п.);
- следящие системы, обеспечивающие изменение регулируемой величины в определенном соотношении с задающим воздействием, когда можно рассматривать то, что заданное значение изменяется произвольным образом, не зависящим от данной системы (например, регулирование соотношения топливо–воздух при управлении сжиганием топлива).
Адаптивные АСУ – это такие системы, в которых параметры управляющих устройств или алгоритмы управления автоматически и целенаправленно изменяются для осуществления оптимального управления объектом, причем характеристики объекта или внешние воздействия на него могут изменяться заранее непредвиденным образом.
Адаптивные АСУ способны менять структуру, параметры или программу своих действий в процессе управления. Поскольку в процессе управления происходит автоматическое изменение параметров или структуры системы, то адаптивные АСУ называют также самонастраивающимися.
Адаптивные АСУ подразделяют на два типа: экстремальные системы, которые автоматически ищут экстремум управляемой величины, а так как его положение изменяется в процессе работы объекта, то система автоматически изменяет направление поиска, скорость и т.д. (изменяет программу своих действий); оптимальные системы, которые используют с целью получения оптимальных условий объекта, характеризуемых экстремумом критерия управления при определенных ограничениях.
При работе самонастраивающихся систем могут автоматически изменятся параметры системы (настройки управляющих устройств), и тогда их называют системами с самонастройкой параметров. Если автоматически меняется структура системы (изменяется алгоритм управления), то такие системы называют системами с самонастройкой структуры (или с переменной структурой). Системы, изменяющие в процессе работы программу своих действий, называются системами с самонастройкой программы.
Настраивающиеся АСУ реализуются с использованием управляющей вычислительной машины (УВМ), исключение могут составлять экстремальные системы. Для работы УВМ необходимо наличие аналитического описания (математических моделей) объекта управления и других элементов системы, а также алгоритмов адаптации и управления, по которым и рассчитывают характеристики системы, обеспечивающие оптимизацию работы объекта.
Различают пассивные и активные методы адаптации системы. В первом случае связь структуры и настроек системы с изменяющимися условиями работы объекта задается заранее на основе априорной информации. Пассивные методы адаптации возможны при нестационарных объектах управления с известными закономерностями изменения параметров. Примером активного метода самонастройки АСУ является система оптимального управления нагревательной печью, когда задания и настройки всех локальных регуляторов определяют из условий оптимальной производительности печи или минимальных суммарных затрат на нагрев и прокатку металла на основе текущей информации о процессе.
По характеру использования информации АСУ и АСР делят на замкнутые и разомкнутые системы.
Замкнутые системы (системы регулирования по отклонению) используют рабочую текущую информацию о выходных величинах, определяя отклонение регулируемой величины от заданного значения, и принимают меры к уменьшению и устранению этого отклонения.
Разомкнутые АСР непосредственно не используют рабочую информацию о регулируемых величинах, а регулирование осуществляют на основании информации о входных величинах. При этом отсутствует обратная связь между выходными и входными величинами. Разомкнутые АСР подразделяют на системы с жесткой программой и системы с регулированием по возмущению. Примером системы с жесткой программой может служить система автоматического пуска и остановки комплекса машин, в которой должна выдерживаться определенная последовательность работы отдельных механизмов. Системы регулирования по возмущению используют информацию о входных величинах (возмущениях) и принимают меры, чтобы указанные возмущения не влияли на выходную величину, т.е. компенсируют возникающие возмущения. Поэтому такие АСУ называют также системами с компенсацией возмущений (инвариантными).