Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 54
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
По результатам работы в установившемся состоянии системы делятся на астатические и статические.
В астатических системах регулируемая величина после окончания переходного процесса точно равна заданному значению (практически она может отличаться от заданного значения на некоторую малую величину, обусловленную нечувствительностью системы).
В статических системах после окончания переходного процесса возникает разность между заданным и установившимся значениями регулируемой величины, которая называется статической ошибкой.
По числу регулируемых величин АСУ делятся на одномерные и многомерные (или многосвязные).
Одномерные АСУ – это системы управления простейшими объектами с одной регулируемой величиной.
В большинстве случаев АСУ регулируют несколько величин и являются многомерными. В многомерных системах можно выделить несколько каналов регулирования, в которых каждая регулируемая величина определяется одним регулирующим воздействием, а канал имеет свой регулирующий орган (положение которого практически не влияет на другие регулируемые величины), и тогда сложный объект как бы распадается на несколько одномерных объектов с одномерными АСР.
По характеру изменения регулирующих воздействий во времени АСУ и АСР делятся на непрерывные и прерывистые (дискретные).
В непрерывных АСР работают регуляторы, которые реализуют несколько типовых непрерывных законов (алгоритмов) регулирования: пропорциональный (П-закон), интегральный (И-закон), пропорционально-интегральный (ПИ-закон) и пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД-закон).
В дискретных АСУ информация и регулирующие воздействия появляются только в определенные моменты времени, т.е. в системе существует минимум один элемент, в котором при наличии непрерывного изменения входной величины выходная величина изменяется прерывисто (скачкообразно) или существует только в определенные (дискретные) моменты времени.
Дискретные АСУ подразделяют на релейные, импульсные и цифровые. В релейных системах один из элементов, обычно регулятор, имеет релейную характеристику, когда выходная величина скачкообразно изменяется при определенном значении входной величины.
В импульсных АСУ присутствует минимум один элемент с импульсной характеристикой, т.е. когда при непрерывном изменении входной величины выходная величина появляется только в определенные дискретные моменты времени.
К дискретным АСУ относятся также цифровые системы, в которых используются цифровые устройства: цифровые регуляторы (контроллеры), созданные на базе микропроцессорной техники, цифровые измерительные приборы.
По виду энергии, применяемой для работы, АСУ и АСР делят на системы прямого и косвенного действия.
В системах прямого действия используется внутренняя энергия системы, например, энергия чувствительного элемента в регуляторах прямого действия.
В системах косвенного действия используется внешняя по отношению к системе энергия и по виду этой энергии АСУ подразделяют на гидравлические, пневматические и электрические.
По виду дифференциального уравнения различают линейные и нелинейные АСУ.
К линейным относятся системы, поведение которых описывается линейными дифференциальными уравнениями. Поскольку систем, абсолютно точно описываемых линейными дифференциальными уравнениями, практически не существует, то к линейным системам относятся так называемые линеаризованные системы, описываемые линейными дифференциальными уравнениями приближенно, при определенных допущениях и ограничениях.
К нелинейным АСУ относятся системы, поведение которых описывается нелинейными дифференциальными уравнениями.
2 Особенности металлургических процессов как объектов
автоматического управления и регулирования
В цветной металлургии объектами управления являются металлургические печи, пачуки, конвертеры, бункера, сгустители, электролизные ванны, насосы и другие аппараты технологических установок, а также трубопроводы.
При рассмотрении металлургических агрегатов как объектов автоматического контроля и регулирования можно указать на некоторые особенности, выделяющие их из общего ряда промышленных объектов контроля и регулирования и налагающих особые требования при создании АСУ.
Металлургические процессы в основных агрегатах являются, как правило, сложными процессами (сложными объектами), которые можно подразделить на ряд элементарных звеньев, простых объектов, простых процессов. Регулирование температуры расплава в печах, например в отражательных, происходит за счет изменения расхода сжигаемого топлива и зависит от накладывающихся в пространстве и во времени последовательных процессов аэродинамики (подачи и смешения топлива и воздуха), химических реакций горения и теплообмена (излучением, конвекцией, теплопроводностью).
С точки зрения понятий теории автоматического регулирования сложные объекты представляют как системы, составленные из ряда параллельно и последовательно соединенных элементарных (типовых) звеньев. Разделение сложного объекта на элементарные звенья по их физической сущности и динамическим свойствам может не совпадать. В случае регулирования температуры металла объект в целом представляют одним динамическим звеном, входом которого является расход топлива, а выходом – температура расплава, или двумя последовательно соединенными звеньями, причем входом первого будет служить расход топлива, а входом второго – температура рабочего пространства печи, а выходом – температура расплава. С физической же точки зрения каждое из этих двух звеньев является сложным сочетанием разнородных процессов. Правильное представление о сложности объекта контроля и регулирования, его физической и динамической структуре является необходимым условием создания рациональной и эффективной системы автоматического управления. Например, только при правильном анализе механизма теплообмена и движения газов в рабочем пространстве металлургической печи можно добиться предварительного замера температуры при установке термоэлектрического преобразователя или пирометрического преобразователя полного излучения, так как на условиях теплообмена датчика с окружающей средой сказывается светимость факела, его конфигурация, скорость движения продуктов сгорания и т.п.
Физическая сложность, многофакторность процесса выплавки и обработки металла приводит к тому, что основные металлургические агрегаты являются многосвязными объектами, функционирование которых определяется рядом входных и выходных величин, испытывающих взаимные влияния. Например, изменение расхода воздуха, подаваемого в печь, вызывает одновременно изменение температуры в печи, состава газов, заполняющих рабочее пространство, и давления в печи.
Подавляющее большинство металлургических объектов принадлежит к системам с распределенными параметрами, т.е. к системам, физические характеристики которых (температура, масса, тепловые потоки, теплоемкость, теплопроводность и т.п.) распределены в пространстве и являются функциями ко- ординат трехмерного пространства. Примерами объектов с распределенными параметрами могут служить вращающиеся печи, мельницы, выщелачиватели и др.
В связи с тем, что математическое описание объектов с распределенными параметрами требует использования аппарата дифференциальных уравнений с частными производными, теоретические методы анализа поведения систем управления такими объектами являются более сложными и имеют ряд особенностей.
Несмотря на то, что металлургические процессы подчиняются основным законам переноса тепла, вещества и импульса, отсутствуют достаточно точные математические описания, математические модели реальных производственных процессов, представляющих собой, как указывалось выше, сложные комплексы взаимозависимых физико-химических явлений. Совмещение разнородных явлений усложняет исследование, понимание процессов, формулировку и решение их математических выражений.
Существующие математические модели строят на ряде упрощений и допущений, которые позволяют составить исходные математические выражения и найти их решения строго аналитическими, приближенными или численными способами. Существующие модели оказывают большую помощь в исследовании и познании металлургических процессов, в определении рациональных технологических и теплотехнических режимов и способов управления этими режимами. Однако приближенность существующих моделей не позволяет полностью решить все эти вопросы.
Сложность основных металлургических объектов и разнообразие возмущений, приложенных в различных местах агрегатов, приводят к тому, что объекты характеризуются большим числом контролируемых величин и управляющих воздействий.
Большое число управляющих воздействий, каждое из которых влияет чаще всего на несколько выходных величин, требует от операторов высокой квалификации при управлении процессами, а при создании автоматизированных систем управления необходимы обширные исследования взаимных связей и влияний между входными и выходными величинами, разработка и приборная реализация сложных алгоритмов управления.
На металлургических объектах значительно затруднено осуществление автоматического контроля основных параметров. Это обусловлено в основном высокими температурами и химической агрессивностью сред, принимающих участие в производственном процессе. В настоящее время, например, практически отсутствуют материалы, которые выдерживали бы погружение в расплавленный электролит алюминиевого электролизера без износа, без изменения физико-химических свойств и разрушения при длительном пребывании в жидком расплаве.
Использование пирометрических преобразователей полного излучения для бесконтактного измерения температуры поверхности расплава и элементов кладки печей ограничивается погрешностями, возникающими из-за переменной степени черноты этих поверхностей, запыленности сред и т.д.
Металлургические объекты принадлежат, как правило, к классу нелинейных объектов, т.е. объектов, поведение которых описывается нелинейными математическими выражениями.
Методы анализа и синтеза нелинейных объектов и систем регулирования значительно сложнее, чем методы анализа и синтеза линейных объектов и систем регулирования. Поэтому в тех случаях, когда это возможно, стремятся нелинейные характеристики объектов аппроксимировать линейными с применением известных методов линеаризации.
Процессы металлургического производства реализуются в агрегатах как непрерывного, так и периодического, циклического действия. К агрегатам периодического действия принадлежат конвертеры, некоторые электропечи и т.д.
Непрерывные производственные процессы легче поддаются автоматизации, чем периодические, так как непрерывные процессы характеризуются стационарными режимами при относительно небольших отклонениях контролируемых параметров и управляющих воздействий от некоторых номинальных значений, что упрощает автоматизацию управления ими. Параметры периодических процессов претерпевают, как правило, значительные колебания. А управляющие воздействия могут варьироваться по абсолютной величине многократно.
Глубокие изменения контролируемых величин и управляющих воздействий в агрегатах периодического действия, сопровождающихся изменениями статических и динамических характеристик объектов во времени, усложняют синтез систем автоматического управления, так как регуляторы с постоянной структурой и настройками не могут обеспечить приемлемое качество регулирования при существенных изменениях характеристик объекта.
Все реальные промышленные объекты имеют запаздывание, которое достигает довольно больших значений (нескольких десятков минут) в объектах, где протекают тепло- и массообменные процессы, и невелико (всего несколько секунд) в объектах, выходные величины которых представляют со- бой расход или давление жидкостей или газов.
Наличие запаздывания в объектах (в АСР) усложняет задачу регулирования технологического параметра в объекте. Поэтому необходимо стремиться к его уменьшению: устанавливать датчик и исполнительное устройство системы как можно ближе к объекту регулирования, применять малоинерционные измерительные преобразователи, уменьшать протяженность потоков и т.д.
Металлургические агрегаты принадлежат к энерго- и материалоемким объектам.