Управление технічними системами (лекции)

року міністерство освіти Російської Федерации.

Уфимський державний нафтової технічний университет.

Кафедра Автоматизації хіміко-технологічних процессов.

Кирюшин О.В.

Управління технічними системами курс лекций.

Уфа 2003 УДК 658.012 (07) ББК 32.965я7 До 43.

Рецензенты: директор Регіонального центру тестування, канд. техн. наук, доцент Ахметсафина Р. З.; зав. кафедрою АПД, канд. техн. наук, доцент Сафонов В.В.

До 43 Кирюшин О. В. Управління технічними системами: курс лекцій. -.

Уфа: Вид-во УГНТУ, 2003. — 80 с.

Навчальний посібник написаний матеріалам курсу «Управління технічними системами», читаного спеціалісти кафедри Автоматизації хіміко-технологічних процесів УГНТУ для студентів різних специальностей.

Викладене матеріал розділений втричі частини: 1) теорія автоматичного управління, де є теоретичні основи побудови системам управління; 2) кошти автоматизації та управління, де описуються основні методи вимірювання, і кошти автоматизації, використовувані в нафтовидобутку, нафтопереробці і нафтохімії; 3) сучасні системи управління виробництвом, де коротенько перераховані основні аспекти побудови АСУ ТП.

© Уфимський державний нафтової технічний університет, 2003 © Кирюшин О. В., 2003.

Частина 1. Теорія Автоматичного Управління (ТАУ).

1. Основні терміни й універсального визначення ТАУ.

1.1. Основні понятия.

Системи управління сучасними химико-технологическими процесами характеризуються велику кількість технологічних параметрів, число яких може становити тисяч. Задля підтримки необхідного режиму роботи, а остаточному підсумку — якості своєї продукції, всі ці величини необхідно підтримувати постійними чи змінювати за певним закону.

Фізичні величини, що визначають хід технологічного процесу, називаються параметрами технологічного процесу. Наприклад, параметрами технологічного процесу може бути: температура, тиск, витрата, напруга й т.д.

Параметр технологічного процесу, що необхідно підтримувати постійним чи змінювати за певним закону, називається регульованої величиною чи регульованим параметром.

Значення регульованої величини у розглянутий час називається миттєвим значением.

Значення регульованої величини, здобуту у аналізований момент часу підставі даних деякого вимірювального приладу називається її обмірюваним значением.

Приклад 1. Схема ручного регулювання температури сушильного шкафа.

Рис. 1.1.

Потрібна вручну підтримувати температуру в сушильній шафі на рівні Тзад.

Людина-оператор залежно від показань ртутного термометра РТ включає чи виключає нагрівальний елемент М з допомогою рубильника Р. (.

За підсумками даного прикладу можна запровадити визначення: Об'єкт управління (об'єкт регулювання, ЗУ) — пристрій, необхідний режим роботи якого має підтримуватися ззовні спеціально організованими управляючими впливами. Управління — формування управляючих впливів, які забезпечують необхідний режим роботи ЗУ. Регулювання — приватний вид управління, коли завданням є забезпечення сталості будь-якої вихідний величини ЗУ. Автоматичне управління — управління, здійснюване без особистої участі людини. Вхідний вплив (Х) — вплив, подаване на вхід системи чи устрою. Вихідний вплив (Y) — вплив, що видається не вдома системи чи устрою. Зовнішнє вплив — вплив зовнішнього середовища на систему.

Структурна схема системи регулювання приміром 1 зображено на рис. 1.2.

Приклад 2. Схема автоматичного регулювання температури сушильного шкафа.

У схемою використовується ртутний термометр з контактами РТК. При підвищенні температури до заданої контакти замикаються стовпчиком ртуті, котушка релейного елемента РЕ порушується і ланцюг нагрівача М розмикається контактом РЕ. При зниженні температури контакти термометра розмикаються, реле знеструмлюється, відновивши подачу енергії на об'єкт (див. рис. 1.3). (.

Рис. 1.3.

Приклад 3. Схема АСР температури з вимірювальним мостом.

При температурі об'єкта, рівної заданої, вимірювальний міст М (див. рис. 1.4) урівноважений, на вхід електронного підсилювача ЕУ сигнал не надходить і системи перебуває у рівновазі. При відхиленні температури змінюється опір терморезистора RТ і рівновагу мосту порушується. На вході ЕУ з’являється напруга, фаза якої від знака відхилення температури від заданої. Напруга, посилене в ЕУ, надходить на двигун Д, який переміщає движок автотрансформатора АТ в відповідну бік. При досягненні температури, рівної заданої, міст збалансується і двигун отключится.

Рис. 1.4.

Величина заданого значення температури встановлюється з допомогою резистора Rзад. (.

З описаних прикладів, можна визначити типову структурну схему одноконтурной АСР (див. рис. 1.5). Прийняті позначення: x — який задає вплив (завдання), e = x — у — помилка регулювання, u — котра управляє вплив, f — що вплив (возмущение).

Рис. 1.5.

Визначення: Який Задає вплив (те, що вхідний вплив Х) — вплив на систему, що б необхідний закон зміни регульованої величини). Котра Управляє вплив (u) — вплив управляючого устрою на об'єкт управління. Котра Управляє пристрій (УУ) — пристрій, яке здійснює вплив на об'єкт управління з метою забезпечення необхідного режиму роботи. Що Обурює вплив (f) — вплив, що прагне порушити необхідну функціональну зв’язок між що ставлять впливом і регульованої величиною. Помилка управління (е = x — у) — різницю між запропонованим (x) і дійсним (у) значеннями регульованої величини. Регулятор (Р) — комплекс пристроїв, присоединяемых до регульованому об'єкту і забезпечувальних автоматичне підтримку заданого значення його регульованої величини чи автоматичне зміна її за певному закону. Автоматична система регулювання (АСР) — автоматична система з замкнутої ланцюгом впливу, у якому управління (u) виробляється внаслідок порівняння істинного значення у з заданим значенням х.

Додаткова зв’язок структурній схемою АСР, спрямована від виходу до входу аналізованого ділянки ланцюга впливів, називається зворотної зв’язком (ОС). Зворотний зв’язок то, можливо негативною чи положительной.

1.2. Класифікація АСР. 1. За призначенням (характером зміни завдання):. стабілізуюча АСР — система, алгоритм функціонування якої містить розпорядження підтримувати регульовану величину постійному значении.

(x = const);. програмна АСР — система, алгоритм функціонування якої містить розпорядження змінювати регульовану величину відповідно до заздалегідь заданої функцією (x змінюється програмно);. стежить АСР — система, алгоритм функціонування якої містить розпорядження змінювати регульовану величину залежно від заздалегідь невідомої величини на вході АСР (x = var). 2. За кількістю контурів:. одноконтурные — містять один контур,. многоконтурные — містять кілька контурів. 3. За кількістю регульованих величин:. одномірні - системи із першого регульованої величиною,. багатовимірні - системи з кількома регульованими величинами.

Багатовимірні АСР своєю чергою поділяються на системи: а) непов’язаного регулювання, у яких регулятори безпосередньо пов’язані і може взаємодіяти лише через загальний їм об'єкт управління; б) пов’язаного регулювання, у яких регулятори різних параметрів однієї й тієї ж технологічного процесу пов’язані між собою поза об'єктом регулювання. 4. По функціональному назначению:

АСР температури, тиску, витрати, рівня, напруження і т.д. 5. За характером що використовуються управління сигналів:. безперервні,. дискретні (релейні, імпульсні, цифрові). 6. За характером математичних співвідношень:. лінійні, котрим справедливий принцип суперпозиции;. нелинейные.

Принцип суперпозиции (накладення): Коли вхід об'єкта подається кілька вхідних впливів, то реакція об'єкта у сумі вхідних впливів дорівнює сумі реакцій об'єкта кожне вплив в отдельности:

((х1 + х2) = ((х1) + ((х2),.

де (- лінійна функція (інтегрування, диференціювання тощо.). 7. По виду використовуваної для регулювання енергії:. пневматичні,. гідравлічні,. електричні,. механічні та інших. 8. За принципом регулювання:. по отклонению:

Переважна більшість систем побудовано за принципом зворотний зв’язок — регулювання по отклонению.

(див. рис. 1.7).

Елемент називається сумматором. Його вихідний сигнал дорівнює сумі вхідних сигналів. Зачернений сектор свідчить, що це вхідний сигнал потрібно опановувати з протилежним знаком.. по возмущению.

Дані системи можна використовувати у разі, якщо є можливість виміру возмущающего впливу (див. рис. 1.8). На схемою вказано До — підсилювач з коефіцієнтом посилення К.

. комбіновані - поєднують у собі особливості попередніх АСР.

Цей спосіб (див. рис. 1.9) сягає високої якості управління, але його застосування обмежена тим, що що обурює вплив f не можна измерить.

1.3. Класифікація елементів автоматичних систем. 1. По функціональному призначенню:. вимірювальні,. усилительно-преобразовательные,. виконавчі,. коригувальні. 2. По виду енергії, використовуваної до роботи:. електричні,. гідравлічні,. пневматичні,. механічні,. комбіновані. 3. За наявністю чи відсутності допоміжне джерело енергії:. активні (з джерелом енергії),. пасивні (без джерела). 4. За характером математичних співвідношень:. лінійні. нелинейные. 5. По поведінці в статичному режимі:. статичні, які мають є однозначна залежність між вхідним і вихідним впливами (стан статики). Прикладом є будь-який теплової об'єкт.. астатические — які мають ця залежність відсутня. Приклад: Залежність кута повороту ротора електродвигуна від докладеної напруги. При подачі напруги угл повороту буде постійно зростати, тому однозначної залежності в нього нет.

2. Характеристики і моделі елементів і систем.

2.1. Основні модели.

Роботу системи регулювання можна описати словесно. Так було в п. 1.1 описано систему регулювання температури сушильного шафи. Словесне опис допомагає зрозуміти принцип дії системи, її призначення, особливості функціонування та т.д. Проте, найголовніше, вона дає кількісних оцінок якості регулювання, тому придатне для вивчення характеристик систем і побудови систем автоматизованого управління. Натомість в ТАУ використовуються точніші математичні методи описи властивостей систем:. статичні характеристики,. динамічні характеристики,. диференціальні рівняння,. передавальні функції,. частотні характеристики.

У будь-якій із цих моделей система то, можливо представленій у вигляді ланки, має вхідні впливу Х, обурення F і вихідні впливу Y.

Під упливом цих впливів вихідна величина може змінюватися. У цьому на час вступу на вхід системи нового завдання вона повинна переважно забезпечити із заданою ступенем точності нового значення регульованої величини в що встановилася режимі. Сталий режим — це режим, у якому розходження між істинним значенням регульованої розміру й її заданим значенням буде постійним у времени.

2.2. Статичні характеристики. Статичної характеристикою елемента називається залежність встановлених значень вихідний величини від значення величини на вході системи, тобто. yуст = ((х).

Статичну характеристику (див. рис. 1.11) часто зображують графічно як кривою у (х).

Статическим називається елемент, яка має при постійному вхідному вплив з часом встановлюється стала вихідна величина. Наприклад, під час подачі на вхід нагрівача різних значень напруги він нагріватися до відповідних цим напругам значень температури. Астатическим називається елемент, яка має при постійному вхідному вплив сигнал не вдома невпинно зростає із постійною швидкістю, прискоренням тощо. Лінійним статичним елементом називається безинерционный елемент, у якого лінійної статичної характеристикою: ууст = К*х + а0.

Як бачимо, статична характеристика елемента у даному випадку має вид прямий з коефіцієнтом нахилу К.

Лінійні статичні характеристики, на відміну нелінійних, більш зручні з вивчення завдяки їхній простоті. Якщо модель об'єкта нелінійна, то зазвичай її перетворять до лінійному виду шляхом линеаризации. САУ називається статичної, якщо постійному вхідному вплив помилка управління е прагне постійному значенням, залежному від величини впливу. САУ називається астатической, якщо постійному вхідному вплив помилка управління котиться до нуля незалежно від величини воздействия.

2.3. Динамічні характеристики.

Перехід системи від однієї встановленого режиму іншому за якихабо вхідних впливах називається перехідним процесом. Перехідні процеси можуть зображуватися графічно як кривою y (t).

Наприклад, процес нагріву сушильного шафи до встановленого значення мати вид, представлений малюнку 1.12.

Тобто, перехідний процес характеризує динамічні властивості системи, її поведение.

Оскільки вхідні впливу можуть змінюватися у часі, те й перехідні характеристики будуть щоразу різні. Для простоти аналізу систем вхідні впливу ведуть до одного з типових видів (див. рис. 1.13).

Залежно від виду вхідного впливу функція у (t) може мати різне позначення: Перехідною характеристикою h (t) називається реакція об'єкта на одиничне поетапне вплив при нульових початкових умовах, тобто. при х (0) = 0 і у (0) = 0. Імпульсної характеристикою ((t) називається реакція об'єкта на (-функцію при нульових початкових условиях.

При подачі на вхід об'єкта синусоидального сигналу не вдома, як правило, в що встановилася режимі також синус сигнал, але з іншого амплітудою і фазою: y = Aвых*sin ((*t + (), де Aвых — амплітуда, (- частота сигналу, (- фаза. Частотною характеристикою (ЧХ, АФХ та інших.) називається залежність амплітуди і фази вихідного сигналу системи в що встановилася режимі при додатку на вході гармонійного воздействия.

2.4. Диференціальні рівняння. Линеаризация.

Відомо, що будь-який рух, процеси передачі, обміну, перетворення і ті речовини математично можна описати як диференційних рівнянь (ДУ). Будь-які процеси в АСР також прийнято описувати диференціальними рівняннями, які визначають сутність які у системі процесів незалежно від неї конструкції тощо. Вирішивши ДУ, можна знайти характер зміни регульованої перемінної в перехідних і встановлених режимах що за різних впливах на систему.

Для спрощення завдання перебування ДУ, описывающего роботу АСР загалом, систему розбивають їхньому окремі елементи, перехідні процеси у яких описуються досить простими ДУ. Оскільки ДУ описують роботу системи незалежно від фізичного сутності що протікають у ній процесів, то, при розбивці системи не потрібно враховувати їхнє фізичне цілісність. Для кожного елемента структурної схеми необхідно скласти ДУ, що б залежність зміни вихідний величини від входной.

Оскільки вихідна величина попереднього елемента є вхідний для наступного, то, визначивши ДУ окремих елементів, можна знайти ДУ системы.

Проте, такий метод застосуємо лише у приватних випадках. Річ у тім, що у вона найчастіше у реальних елементах системи зв’язок між вхідний і вихідний величинами є нелінійної і найчастіше поставив у графічної формі. Тому, навіть якщо ДУ системи та отримають, він буде нелінійним. А аналітичне рішення нелінійних ДУ можливо далеко ще не всегда.

Аби вирішити цієї проблеми враховують, у процесі регулювання відхилення всіх змінюються величин від своїх встановлених значень малі, і тому можлива заміна нелінійних ДУ наближеними лінійними ДУ, тобто можлива линеаризация диференційних уравнений.

Розглянемо сутність процесу линеаризации з прикладу сушильного шафи. Залежність температури об'єкта від подаваного напруги в вона найчастіше нелінійна і має вигляд, представлений на рисунке.

Графічно линеаризацию деякого рівняння від двох змінних F (х, у) = 0 на околиці деякою точки (х0, у0) можна видати за заміну аналізованого ділянки кривою на дотичну (див. рис. 1.14), рівняння визначається по формуле:

[pic], де [pic] і [pic] - приватні похідні від F по x і в. Дане рівняння називається рівнянням в приращениях, оскільки значення x і в тут замінені на збільшення (x = x — х0 і (у = у — у0.

Линеаризация ДУ відбувається аналогічно, відмінність полягає у цьому, що слід шукати приватні похідні по похідним ([pic], [pic], [pic] і т.д.).

Приклад. Линеаризация нелінійного ДУ.

3xy — 4×2 + 1,5[pic]y = 5[pic] + y.

Дане ДУ є нелінійним через наявність творів змінних x і в. Линеаризируем їх у околиці точки з координатами х0 = 1, [pic]= 0, [pic]= 0. Для визначення відсутнього початкового умови у0 підставимо дані значення ДУ:

3у0 — 4 + 0 = 0 + у0 звідки у0 = 2.

Введемо в розгляд функцию.

F = 3xy — 4×2 + 1,5x'y — 5y' - y.

и визначимо її похідні при заданих початкових условиях:

[pic] = (3у — 8х[pic]= 3*2 — 8*1 = -2,.

[pic] = (3х + 1,5x' - 1[pic]= 3*1 + 1,5*0 — 1 = 2,.

[pic] = (1,5у[pic]= 1,5*2 = 3,.

[pic] = -5.

Тепер, використовуючи отримані коефіцієнти, можна записати остаточне лінійне ДУ:

— 5.(y' + 2.(y + 3.(х' - 2.(х = 0.

(.

2.5. Перетворення Лапласа.

Дослідження АСР істотно спрощується під час використання прикладних математичних методів операційного обчислення. Наприклад, функціонування деякою системи описується ДУ вида.

[pic], (2.1).

где x і в — вхідні і вихідна величини. Якщо дане рівняння замість x (t) і y (t) підставити функції X (s) і Y (s) комплексного змінного p. s такі, что.

[pic] і [pic], (2.2).

то вихідне ДУ при нульових початкових умовах рівносильне лінійному алгебраическому уравнению.

a2 s2 Y (s) + a1 p. s Y (s) + a0 Y (s) = b1 X (s) + b0 X (s).

Такий перехід від ДУ до алгебраическому рівнянню називається перетворенням Лапласа, формули (2.2) відповідно формулами перетворення Лапласа, а отримане рівняння — операторным уравнением.

Нові функції X (s) і Y (s) називаються зображеннями x (t) і y (t) по Лапласу, тоді як x (t) і y (t) є оригіналами стосовно X (s) і Y (s).

Перехід від однієї моделі в іншу досить простий й у заміні знаків диференціалів [pic] на оператори sn, знаків з дитинства інтегралів [pic] на множники [pic], а самих x (t) і y (t) — зображеннями X (s) і Y (s).

Для зворотного переходу від операторного рівняння функцій від часу використовується метод зворотного перетворення Лапласа. Загальна формула зворотного перетворення Лапласа:

[pic], (2.3).

где f (t) — оригінал, F (j () — зображення при p. s = j (, j — мнима одиниця, (- частота.

Ця формула досить складна, тому розробили спеціальні таблиці (див. табл. 1.1 і 1.2), у яких зведені найчастіше які функції F (s) та його оригінали f (t). Вони дозволяють відмовитися від прямого використання формули (2.3).

Таблиця 1.2 — Перетворення Лапласа |Оригінал x (t) |Зображення X (s) | |(-функція |1 | |1 |[pic] | |t |[pic] | |t2 |[pic] | |tn |[pic] | |e-(t |[pic] | |(.x (t) |(.X (s) | |[pic] |[pic] | |x (t — () |X (s).e-(s | |[pic] |sn.X (s) | |[pic] |[pic] |.

Таблиця 1.2 — Формули зворотного перетворення Лапласа (доповнення) |Зображення X (s) |Оригінал x (t) | |[pic] |((R, M (R |M.e-(t | | |((і М — | | | |справжні | | | |числа) | | | |(= (1 + j. (2 |2.e-(1t. M1. cos ((2.t) — | | |M = M1 + j. M2 |M2.sin ((2.t)] | | |((і М — комплекные)| |.

Закон зміни вихідного сигналу зазвичай є функцією, яку необхідно знайти, а вхідний сигнал, зазвичай, відомий. Деякі типові вхідні сигнали було розглянуто в п. 2.3. Тут наводяться їх зображення: одиничне поетапне вплив має зображення X (s) = [pic], дельта-функция X (s) = 1, лінійне вплив X (s) = [pic].

Приклад. Рішення ДУ з допомогою перетворень Лапласа.

[pic].

Припустимо, вхідний сигнал має форму одиничного ступенчатого впливу, тобто. x (t) = 1. Тоді зображення вхідного сигналу X (s) = [pic].

Виконуємо перетворення вихідного ДУ по Лапласу і підставляємо X (s):

s2Y + 5sY + 6Y = 2sX + 12X,.

s2Y + 5sY + 6Y = 2s[pic] + 12[pic],.

Y (s3 + 5s2 + 6s) = 2s + 12.

Визначається вираз для Y:

[pic].

Оригінал отриманої функції немає у таблиці оригіналів і зображень. Аби вирішити завдання його пошуку дріб розбивається у сумі простих дробів з огляду на те, що знаменник то, можливо подано у вигляді s (s + 2)(s + 3):

[pic]=[pic]=[pic]+[pic]+[pic]=.

= [pic].

Порівнюючи отриману дріб із вихідною, можна скласти систему з трьох рівнянь із трьома неизвестными:

М1 + М2 + М3 = 0 M1 = 2.

5.М1 + 3. М2 + 2. М3 = 2 (M2 = -4.

6.М1 = 12 M3 = 2.

Отже, дріб можна видати за суму трьох дробей:

[pic]=[pic]-[pic]+[pic].

Тепер, використовуючи табличні функції, визначається оригінал вихідний функції: y (t) = 2 — 4. e-2t + 2. e-3t. (.

2.6. Передавальні функции.

2.6.1 Визначення передавальної функции.

Перетворення ДУ по Лапласу дає можливість запровадити зручне поняття передавальної функції, що характеризує динамічні властивості системы.

Наприклад, операторное уравнение.

3s2Y (s) + 4sY (s) + Y (s) = 2sX (s) + 4X (s).

можно перетворити, винісши X (s) і Y (s) за дужки і поділивши друг на друга:

Y (s)*(3s2 + 4s + 1) = X (s)*(2s + 4).

[pic].

Одержаний вираз називається передавальної функцією. Передавальної функцією називається ставлення зображення вихідного впливу Y (s) до зображення вхідного X (s) при нульових початкових условиях.

[pic].

(2.4).

Передатна функція є дробно-рациональной функцією комплексної переменной:

[pic],.

где B (s) = b0 + b1s + b2 s2 + … + bm sm — поліном числителя,.

А (s) = a0 + a1s + a2 s2 + … + an sn — поліном знаменателя.

Передатна функція має порядок, що визначається порядком полинома знаменника (n).

З (2.4) слід, що зображення вихідного сигналу можна знайти как.

Y (s) = W (s)*X (s).

Оскільки передатна функція системи повністю визначає її динамічні властивості, то початкова завдання розрахунку АСР зводиться до визначенню її передавальної функции.

2.6.2 Приклади типових звеньев.

Ланкою системи називається її елемент, у якого певними властивостями в динамічному відношенні. Ланки систем регулювання можуть мати різну фізичну основу (електричні, пневматичні, механічні та інших. ланки), але належить лише до групі. Співвідношення вхідних і вихідних сигналів в ланках однієї групи описуються однаковими передатними функциями.

Найпростіші типові звенья:

. усилительное,.

. интегрирующее,.

. дифференцирующее,.

. апериодическое,.

. колебательное,.

. запаздывающее. 1) Підсилювальне звено.

Ланка посилює вхідний сигнал в До раз. Рівняння ланки у = К*х, передатна функція W (s) = К.

Параметр До називається коефіцієнтом усиления.

Вихідний сигнал такого ланки з точністю повторює вхідний сигнал, посилений в До раз (див. рис. 1.15).

Прикладами таких ланок є: механічні передачі, датчики, безынерционные підсилювачі та інших. 2) Интегрирующее. 2.1) Ідеальне интегрирующее.

Вихідна величина ідеального інтегруючого ланки пропорційна інтегралу вхідний величины.

[pic]; W (s) = [pic].

При подачі на вхід ланки впливу вихідний сигнал невпинно зростає (див. рис. 1.16).

Це ланка астатическое, тобто. немає встановленого режиму. 2.2) Реальне интегрирующее.

Передатна функція цієї ланки має вид:

W (s) = [pic].

Перехідна характеристика на відміну ідеального ланки є кривою (див. рис. 1.17).

Прикладом інтегруючого ланки є двигун постійного струму з незалежним порушенням, якщо для вхідного впливу прийняти напруга харчування статора, а вихідного — кут повороту ротора. 3) Дифференцирующее. 3.1) Ідеальне дифференцирующее.

Вихідна величина пропорційна похідною за часом від входной:

[pic]; W (s) = K*s.

При східчастому вхідному сигналі вихідний сигнал є імпульс ((-функцію). 3.2) Реальне дифференцирующее.

Ідеальні дифференцирующие ланки фізично не реалізовані. Більшість об'єктів, які представляють дифференцирующие ланки, ставляться до реальних дифференцирующим звеньям.

Перехідна характеристика і передатна функція цієї ланки мають вид:

W (s) = [pic]. 4) Апериодическое (инерционное).

Цьому ланці відповідають ДУ і ПФ вида:

[pic]; W (s) = [pic].

Визначимо характер зміни вихідний величини цієї ланки під час подачі на вхід ступенчатого впливу величини х0.

Зображення ступенчатого впливу: X (s) = [pic]. Тоді зображення вихідний величины:

Y (s) = W (s) X (s) = [pic][pic] = K x0 [pic].

Розкладемо дріб на простые:

[pic] = [pic] + [pic] = [pic] = [pic] - [pic] = [pic] - [pic].

Оригінал першої дробу за таблицею: L-1{[pic]} = 1, второй:

L-1{[pic]} = [pic].

Тоді остаточно отримуємо: y (t) = K x0 (1 — [pic]).

Постійна Т називається постійної времени.

Більшість теплових об'єктів є апериодическими звеньями.

Наприклад, під час подачі на вхід електричної печі напруги її температура змінюватиметься в аналогічній закону (див. рис. 1.19). 5) Коливальне ланка має ДУ і ПФ вида.

[pic] ,.

W (s) = [pic].

При подачі на вхід ступенчатого впливу амплітудою х0 на перехідна крива матиме одне із два види: апериодический (при Т1 (2Т2) чи коливальний (при Т1 < 2Т2). 6) Запаздывающее. y (t) = x (t — (), W (s) = e-(s.

Вихідна величина у з точністю повторює вхідну величину x з деяким запізненням (. Приклади: рух вантажу по конвеєра, рух рідини по трубопроводу.

2.6.3 Сполуки звеньев.

Оскільки досліджуваний об'єкт в цілях спрощення аналізу функціонування розбитий нами на ланки, то після визначення передатних функцій кожному за ланки постає завдання об'єднання їх у одну передатну функцію об'єкта. Вигляд передавальної функції об'єкта залежить від послідовності сполуки ланок: 1) Послідовне соединение.

Wоб = W1. W2.W3…

При послідовному поєднанні ланок їх передавальні функції перемножуються. 2) Паралельне соединение.

Wоб = W1 + W2 + W3 + …

При паралельному поєднанні ланок їх передавальні функції складываются.

3) Зворотний связь.

Передатна функція за завданням (х):

[pic].

«+» відповідає негативною ОС,.

«-» — положительной.

Для визначення передатних функцій об'єктів, мають складніші сполуки ланок, використовують або послідовне укрупнення схеми, або перетворять за такою формулою Мезона.

2.6.4 Передавальні функції АСР.

Для дослідження та розрахунку структурну схему АСР шляхом еквівалентних перетворень призводять до найпростішій стандартному виду.

«об'єкт — регулятор». Це необхідно, по-перше, у тому, щоб визначити математичні залежність у системі, і, по-друге, зазвичай, все інженерні методи розрахунку визначення параметрів настройки регуляторів застосовані на таку стандартної структуры.

У випадку будь-яка одномірна АСР з головної зворотної зв’язком шляхом поступового укрупнення ланок то, можливо приведено до такого виду.

Якщо вихід системи у не подавати їхньому вхід, ми одержимо разомкнутую систему регулювання, передатна функція якої окреслюється произведение:

W (= Wp.Wy.

(Wp — ПФ регулятора, Wy — ПФ об'єкта управления).

Тобто послідовність ланок Wp і Wy то, можливо замінена одним ланкою з W (. Передатну функцію замкнутої системи прийнято позначати как.

Ф (s). Вона має через W (:

Фз (s) = [pic]= [pic].

(далее розглядатимемо лише системи із другого негативною зв’язком, оскільки їх використовують в переважну більшість АСР).

Ця передатна функція Фз (s) визначає залежність у від x і називається передавальної функцією замкнутої системи з каналу задає впливу (по заданию).

Для АСР є й передавальні функції іншим каналам:

Фe (s) = [pic]= [pic] - по ошибке,.

Фв (s) = [pic]= [pic] - по возмущению.

Оскільки передатна функція розімкнутої системи в загальному разі дробно-рациональной функцією виду W (= [pic], то передавальні функції замкнутої системи може бути преобразованы:

Фз (s) = [pic]= [pic], Фe (s) =[pic]= [pic].

Як бачимо, ці передавальні функції відрізняються лише висловлювання ми числителей. Вислів знаменника називається характеристичним вираженням замкнутої системи та позначається як Dз (s) = A (s) + B (s), тоді як вираз, що у чисельнику передавальної функції розімкнутої системи W (, називається характеристичним вираженням розімкнутої системи B (s).

2.6.5 Визначення параметрів передавальної функції об'єкта по перехідною кривой.

Процес отримання передавальної функції об'єкта, спираючись на дані про перехідному процесі, називається ідентифікацією объекта.

Припустимо, що з подачі на вхід деякого об'єкта ступенчатого впливу отримали перехідна характеристика (див. рис. 1.26). Потрібна визначити вигляд і параметри передавальної функции.

Припустимо, що передатна функція має вид.

[pic],.

(інерційної ланка з запаздыванием).

Параметри передавальної функции:

До — коефіцієнт усиления,.

Т — стала времени,.

(- запізніле розуміння. Коефіцієнтом посилення називається величина, показує, скільки раз дане ланка посилює вхідний сигнал (в що встановилася режимі), і дорівнює відношенню вихідний величини у в що встановилася режимі до вхідний величині х:

[pic], Усталене значення вихідний величини ууст — це значення у при t ((. Запізненням (називається проміжок часу від часу зміни вхідний величини x на початок зміни вихідний величини у. Постійна часу Т може бути оцінена кількома методами залежно від виду передавальної функції. Для аналізованої передавальної функції 1-го порядку Т визначається найбільш просто: спочатку проводиться дотична до точки перегину, потім перебувають точки перетину з віссю часу й асимптотой yуст; час Т окреслюється інтервал часу між тими точками.

Що стосується, якби графіці між точкою перегину є увігнутість, визначається додаткове запізніле розуміння (доп, яке додається до основному: (= (+ (доп.

2.7. Частотні характеристики.

2.7.1 Визначення частотних характеристик.

Відомо, що динамічні процеси можуть бути частотними характеристиками (ЧХ) шляхом розкладання функції до кількох Фурье.

Припустимо, є певний об'єкт і потрібно визначити її ЧХ. При експериментальному зняття ЧХ на вхід об'єкта подається синус сигнал з амплітудою Авх = 1 і відзначався певною частотою (, т. е.

x (t) = Авхsin ((t) = sin ((t).

Тоді після проходження перехідних процесів не вдома ми також мати синус сигналтой ж частоти (, але інший амплитуды.

Авых і фази (:

у (t) = Авыхsin ((t + ().

При різних значеннях (величини Авых і (, зазвичай, також будуть різними. Ця залежність амплітуди і фази від частоти називається частотною характеристикою. Види ЧХ:

. АФХ — залежність амплітуди і фази від частоты.

(змальовується на комплексної плоскости);

. АЧХ — залежність амплітуди від частоты;

. ФЧХ — залежність фази від частоты;

. ЛАХ, ЛАЧХ — логарифмічні АЧХ.

На комплексної площині вхідні величина x = Авх. sin ((t) кожному за моменту часу ti визначається вектором x на комплексної плоскости.

Цей вектор має довжину, рівну Авх, і відкладений з точки (ti до дійсною осі. (Re — справжня вісь, Im — мнима ось).

Тоді величину x можна записати в комплексної формі х (t) = Авх (cos ((t) + j. sin ((t)), де j = [pic]- мнима единица.

Або, якщо використовувати формулу Эйлера ej (= co (+ j. sin (, можна записать.

х (t) = Авх. ej (t.

Вихідний сигнал y (t) можна аналогічно уявити, як вектор

y (t) = Авых. ej ((t+().

Розглянемо зв’язок передавальної функції і частотною характеристики.

Визначимо похідні по Лапласу: у (Y у' (sY у" (s2Y і т.д.

Визначимо похідні ЧХ: у'(t) = j (Авыхеj ((t + () = j (у, у"(t) = (j ()2 Авыхеj ((t + () = (j ()2 у і т.д.

Звідси видно відповідність p. s = j (. Висновок: частотні характеристики може бути побудовано по передаточным функцій шляхом заміни p. s = j (.

Приклад: [pic].

При p. s = j (имеем:

[pic] = [pic] = [pic] = [pic] =.

= [pic] - j[pic] = Re (() + j Im (().

Змінюючи (від 0 до (, можна побудувати АФХ (див. рис.). (.

Для побудови АЧХ і ФЧХ використовуються формулы:

[pic], [pic].

Формули отримання АФХ по АЧХ і ФЧХ:

Re (() = A (() co (((),.

Im (() = A (() sin ((().

2.7.2 Логарифмічні частотні характеристики.

Логарифмічні частотні характеристики (ЛЧХ) використовуються досить часто для описи динамічних параметрів різних пристроїв. Існують дві основні виду ЛЧХ, які, зазвичай, використовуються спільно і зображуються як графиков:

1) ЛАЧХ — логарифмічна АЧХ.

Формула для побудови ЛАЧХ: L (() = 20.lg.

Aвых (().

Одиниця виміру — децибел (дБ).

На графіці ЛАЧХ по осі абсцис відкладається частота в логарифмическом масштабі. Це означає, що рівним величинам відрізків по осі (відповідають кратні значення частоти. Для ЛЧХ кратність = 10.

За віссю ординат відкладаються значення L (() у звичайному масштабі. 2) ЛФЧХ — логарифмічна ФЧХ. Становить з себе ФЧХ, що має вісь частоти (проградуирована в логарифмическом масштабі відповідно до ЛАЧХ. За віссю ординат відкладаються фази (.

Приклади ЛЧХ. 1. Фільтр низьких частот (ФНЧ).

ЛАЧХ ЛФЧХ Приклад цепи.

Фільтр низьких частот призначений подолання високочастотних впливів. 2. Фільтр високих частот (ФВЧ).

ЛАЧХ ЛФЧХ Приклад цепи.

Фільтр високих частот призначений подолання низькочастотних впливів. 3. Загороджувальний фільтр. Загороджувальний фільтр придушує тільки певний діапазон частот.

ЛАЧХ і ЛФЧХ Приклад цепи.

.

3. Якість процесів управления.

3.1. Критерії устойчивости.

3.1.1 Устойчивость.

Важливими показниками АСР є стійкість, оскільки основна її призначення залежить від підтримці заданого постійного значення регульованого параметра чи зміну його за певному закону. При відхиленні регульованого параметра від заданої величини (наприклад, під дією обурення чи зміни завдання) регулятор впливає на систему в такий спосіб, щоб ліквідувати це відхилення. Якщо цю систему в результаті впливу повертається у вихідне належний стан або перетворюється на інше рівноважний стан, така система називається стійкою. Якщо постають коливання з дедалі більшою амплітудою чи відбувається монотонне збільшення помилки е, то система називається неустойчивой.

А, щоб визначити, стійка система чи ні, використовуються критерії стійкості: 1) кореневої критерій, 2) критерій Стодолы, 3) критерій Гурвіца, 4) критерій Найквиста, 5) критерій Михайлова і др.

Перші дві критерію є необхідними критеріями стійкості окремих ланок і розімкнутих систем. Критерій Гурвіца є алгебраїчним і розроблений визначення стійкості замкнутих систем без запізнювання. Останні два критерію ставляться до групи частотних критеріїв, оскільки визначають стійкість замкнутих систем з їхньої частотним характеристикам. Їх особливістю є можливість застосування до замкнутим системам з запізненням, якою є переважна більшість систем управления.

3.1.2 Кореневої критерий.

Кореневої критерій визначає стійкість системи з виду передавальної функції. Динамічної характеристикою системи, яка описує основні поведінкові властивості, є характеристична поліном, що у знаменнику передавальної функції. Шляхом прирівнювання знаменника нанівець можна отримати роботу характеристичний рівняння, за корінням якого визначити устойчивость.

Коріння характеристичного рівняння може бути як справжні, і комплексні й у визначення стійкості відкладаються на комплексної площині (див. рис. 1.34).

(Символом є такі коріння уравнения).

Види коренів характеристичного уравнения:

— Справжні: позитивні (корінь № 1); негативні (2); нульові (3);

— Комплексні комплексні поєднані (4); суто удавані (5);

По кратності коріння бувають: одиночні (1, 2, 3); поєднані (4, 5): si = ((j (; кратні (6) si = si+1 = …

Кореневої критерій формулюється наступним образом:

Лінійна АСР стійка, коли всі коріння характеристичного рівняння лежать у лівої напівплощини. Коли б один корінь перебуває в мнимої осі, що є кордоном стійкості, то кажуть, що систему перебуває в кордоні стійкості. Коли б один корінь перебуває у правої напівплощини (незалежно від кількості коренів який у лівій), то система є неустойчивой.

Інакше кажучи, все справжні корені і справжні частини комплексних коренів би мало бути негативні. Інакше система неустойчива.

Приклад 3.1. Передатна функція системи має вид:

[pic]. Характеристичний рівняння: s3 + 2s2 + 2.25s + 1.25 = 0. Коріння: s1 = -1; s2 = -0,5 + j; s3 = -0,5 — j. Отже, система стійка. (.

3.1.3 Критерій Стодолы.

Цей критерій є визначальним наслідком з попереднього і формулюється так: Лінійна система стійка, коли всі коефіцієнти характеристичного полинома положительны.

Тобто, для передатна з прикладу 3.1 критерієм Стодола відповідає стійкою системе.

3.1.4 Критерій Гурвица.

Критерій Гурвіца працює із характеристичним полиномом замкнутої системи. Як відомо, структурна схема АСР помилково має вигляд (див. рис.).

Wp — передатна функція регулятора,.

Wy — передатна функція об'єкта управления.

Визначимо передатну функцію для прямого зв’язку (передатну функцію розімкнутої системи, див. п. 2.6.4): W (=.

Wp Wy.

Далі з урахуванням наявності негативною зворотний зв’язок отримуємо передатну функцію замкнутої системы:

[pic].

Зазвичай, передатна функція розімкнутої системи має дрібнораціональний вид:

[pic].

Тоді після підстановки і перетворення получаем:

[pic].

Звідси випливає, що характеристична поліном замкнутої системи (ХПЗС) можна з’ясувати, як суму чисельника і знаменника W (:

Dз (s) = A (s) + B (s).

Для визначення стійкості по Гурвіцу будується матриця таким чином, щоб за головною діагоналі було розміщено коефіцієнти ХПЗС з an+1 по a0. Праворуч і ліворуч неї записуються коефіцієнти з індексами через 2 (a0, a2, a4… чи a1, a3, a5 …). Тоді для стійкою системи необхідне й досить, щоб визначник і всі головні діагональні мінори матриці були більш нуля.

Коли б один визначник дорівнюватиме нулю, то система буде перебуває в кордоні устойчивости.

Коли б один визначник буде негативний, то система нестійка незалежно від кількості позитивних чи нульових определителей.

Приклад. Дана передатна функція розімкнутої системы.

[pic].

Потрібна визначити стійкість замкнутої системи з критерію Гурвица.

І тому визначається ХПЗС:

D (s) = A (s) + B (s) = 2s4 + 3s3 + s2 + 2s3 + 9s2 + 6s + 1 = 2s4 + 5s3 + 10s2.

+ 6s + 1.

Оскільки ступінь ХПЗС дорівнює n = 4, то матриця матиме розмір 4×4. Коефіцієнти ХПЗС рівні а4 = 2, а3 = 5, А2 = 10, а1 = 6, а0 = 1.

Матриця має вид:

[pic].

(обратите увагу до подібність рядків матриці: 1 з 3 і 2 із чотирьох). Определители:

?1 = 5 > 0,.

[pic],.

[pic].

?4 = 1* ?3 = 1*209 > 0.

Оскільки всі визначники позитивні, то АСР стійка. ?

3.1.5 Критерій Михайлова.

Наведені вище критерії стійкості ж не працюють, якщо передатна функція системи має запізніле розуміння, тобто то, можливо записана в виде.

[pic],.

где (- запаздывание.

І тут характеристична вираз замкнутої системи полиномом перестав бути та її коріння визначити неможливо. Для визначення стійкості у разі використовуються частотні критерії Михайлова і Найквиста.

Порядок застосування критерію Михайлова: 1) Записується характеристична вираз замкнутої системы:

Dз (s) = A (s) + B (s).e-(s. 2) Підставляється p. s = j (: Dз (j () =Re (() + Im ((). 3) Записується рівняння годографа Михайлова Dз (j () і будується крива на комплексної плоскости.

Для стійкою АСР необхідне й досить, щоб годограф Михайлова (див. рис.), починаючись при (= 0 на позитивної речовинної полуоси, оминав послідовний у позитивному направлении.

(проти годинниковий стрілки) за умов зростання (від 0 до.

(n квадрантів, де n — ступінь характеристичного полинома.

Якщо годограф Михайлова проходить через початок координат, то кажуть, що систему перебуває в кордоні устойчивости.

3.1.6 Критерій Найквиста.

Цей критерій аналогічний критерію Михайлова, але працює із АФХ системи, тому складніший для расчетов.

Послідовність: 1) Визначається передатна функція розімкнутої системи [pic]. 2) Визначається число правих коренів m. 3) Підставляється p. s = j (: W ((j (). 4) Будується АФХ розімкнутої системы.

Для стійкості АСР необхідне й досить, щоб за збільшенні (від 0 до (АФХ W ((j () m раз охоплювала точку (-1; 0), де m — число правих коренів розімкнутої системы.

Якщо АФХ проходить через точку (-1; 0), то замкнута система перебуває в кордоні устойчивости.

Що стосується, якщо характеристична рівняння розімкнутої системи A (s) = 0 коренів не имеет.

(тобто. m = 0), то критерій, відповідно до критерію, замкнута система є стійкою, якщо АФХ розімкнутої системи W ((j () не охоплювала точку (;

1; 0), інакше система буде нестійка (чи кордоні устойчивости).

3.2. Показники качества.

Якщо досліджувана АСР стійка, вона може запитати у тому, чи добре відбувається регулювання у цій системи та задовольняє воно технологічним вимогам. Насправді якість регулювання можна визначити візуально за графіком перехідною кривою, проте, є точні методи, дають конкретні числові значения.

Показники якості розбиті на виборах 4 групи: 1) прямі - зумовлені безпосередньо за дзвоновидною кривою перехідного процесу, 2) кореневі - зумовлені за корінням характеристичного полинома, 3) частотні - по частотним характеристикам, 4) інтегральні - одержувані шляхом інтегрування функций.

3.2.1 Прямі показники качества.

До них належать: ступінь загасання (, перерегулирование (, статична помилка їсть, час регулювання tp і др.

Припустимо, перехідна крива, знята на об'єкті, має коливальний вид (див. рис. 1.38).

Відразу за нею визначається усталене значення вихідний величини ууст. Ступінь загасання (визначається по формуле.

[pic], де А1 і А3 — відповідно 1-ша і 3-тя амплітуди перехідною кривою. Перерегулирование (= [pic], де ymax — максимум перехідною кривою. Статична помилка їсть = x — ууст, де x — вхідні величина. Час досягнення першого максимуму tм визначається за графіком. Час регулювання tp визначається так: Перебуває дозволене відхилення (= 5% ууст і будується «трубка» завтовшки 2(. Час tp відповідає останньої точці перетину y (t) з цією кордоном. Тобто час, коли коливання регульованої величини перестають перевищувати 5.

% від встановленого значения.

3.2.2 Кореневі показники качества.

До них належать: ступінь колебательности m, ступінь стійкості (і др.

Не вимагають побудови перехідних кривих, оскільки визначаються по коріння характеристичного полинома. І тому коріння полинома відкладаються на комплексної площини і із них визначаються: Ступінь стійкості (окреслюється кордон, правіше якої коренів немає, т. е.

(= min[pic],.

де Re (si) — справжня частина кореня si. Ступінь колебательности m розраховується через кут (: m = tg (. Для визначення (проводяться два променя, які обмежують причину на комплексної площині. (- кут між тими променями і мнимої осью.

Ступінь колебательности може бути оцінена також із формуле:

m = min [pic].

3.2.3 Частотні показники качества.

Для визначення частотних показників якості потрібно побудова АФХ розімкнутої системи та АЧХ замкнутої системи. По АФХ визначаються запаси: ((- за амплітудою, ((- по фазе.

Запас ((визначається по точці перетину АФХ із від'ємною дійсною полуосью.

Для визначення ((будується окружність одиничного радіуса з центром на початку координат. Запас ((визначається по точці перетину з цим окружностью.

По АЧХ замкнутої системи визначаються показники колебательности за завданням М і помилці МЕ як максимуми відповідно АЧХ за завданням і АЧХ по ошибке.

3.2.4 Зв’язки між показниками качества.

Наведені вище показники якості пов’язані між собою певними соотношениями:

[pic]; tp = [pic]; [pic]; M = [pic].

4. Налаштування регуляторов.

4.1. Типи регуляторов.

Для регулювання об'єктами управління, зазвичай, використовують типові регулятори, назви відповідають назв типових ланок: 1) П-регулятор (пропорційний регулятор).

WП (s) = K1.

Принцип дії у тому, що він виробляє котра управляє вплив на об'єкт пропорційно величині помилки (що більше помилка е, то більше вписувалося котра управляє вплив u). 2) И-регулятор (інтегруючий регулятор).

WИ (s) = [pic].

Котра Управляє вплив пропорційно інтегралу від помилки. 3) Д-регулятор (диференціює регулятор).

WД (s) = K2 s.

Генерує котра управляє вплив лише за зміні регульованої веричины:

u = K2[pic].

Насправді дані найпростіші регулятори комбінуються в регулятори виду: 4) ПИ-регулятор (пропорционально-интегральный регулятор).

WПИ (s) = K1 + [pic].

5) ПД-регулятор (пропорционально-дифференциальный регулятор).

WПД (s) = K1 + K2 s.

6) ПИД-регулятор.

WПИД (s) = K1 + [pic] + K2 s.

Найчастіше використовується ПИД-регулятор, оскільки вона поєднує в собі гідності всіх трьох типових регуляторов.

4.2. Визначення оптимальних настройок регуляторов.

Регулятор, включений у АСР, може мати кілька настройок, кожна у тому числі може змінюватися у досить межах. У цьому при певних значеннях настройок система керуватиме об'єктом в відповідність до технологічними вимогами, за інших можуть призвести до хитливому состоянию.

Тому слід завдання визначити настройки, відповідні стійкою системі, а й вибрати їх оптимальные.

Оптимальними настройками регулятора називаються настройки, які відповідають мінімуму (чи максимуму) будь-якого показника якості. Вимоги до показників якості встановлюються безпосередньо, виходячи з технологічних. Найчастіше накладаються вимоги тимчасово регулювання (мінімум) і рівень загасання ((((зад).

Проте, змінюючи настройки в такий спосіб, щоб ступінь загасання, ми можемо дійти занадто великого часу регулювання, що недоцільно. І навпаки, прагнучи зменшити час регулювання, ми отримуємо більш коливальні процеси з великим значенням (.

Залежність (від tp у випадку має вигляд, зображений на графіці (див. рис. 1.42).

Тож визначення оптимальних настройок розроблений ряд математичних методів, серед яких метод D-разбиения.

Кривий D-разбиения називається крива у площині настройок регулятора, що відповідає певному значенням будь-якого показника качества.

Наприклад, потрібно забезпечити ступінь загасання (((зад. Є формула, котра зв’язує (зі ступенем колебательности m: [pic]. Далі будується крива D-разбиения однаковою мірою колебательности m. Послідовність побудови: 1) Визначається ХПЗС Dз (s) з настройками. 2) Робиться підстановка p. s = j (- m (і поділ Dз (j (- m () = Re (() + Im ((). 3) Одержаний вираз дорівнює нулю виходить система.

Re (() = 0.

Im (() = 0.

Ця система має низку невідомих: (і настрою регулятора.

4) Далі, змінюючи (від 0 до (цю систему вирішується щодо настройок регулятора. 5) За отриманими даним будується крива, через яку визначаються оптимальні настройки.

Наприклад, для ПИ-регулятора крива D-разбиения може мати вид представлений малюнку 1.43.

Оптимальні настройки відповідають максимального значення K0 (для ПІі ПІДрегуляторів) чи K1 (для ПД-регулятора).

Частина 2. Кошти автоматизації і управления.

1. Вимірювання технологічних параметров.

1.1. Державну систему приладів (ГСП).

ДСП об'єднує у собі усі засоби контролю та регулювання технологічних процесів. Характерною ознакою ДСП є: 1) блочно-модульный принцип, лежить у основі конструкцій пристроїв; 2) уніфікація входных-выходных сигналів і сигналів питания.

Містить три ветви:

1) гидравлическую,.

2) пневматическую,.

3) электрическую.

Блочно-модульный принцип характеризується наявністю окремих модулів чи блоків, виконують досить просту функцію. Цей принцип дозволяє зменшити номенклатуру коштів автоматизації, спрощує помешкання і заміну, зменшує вартість, дозволяє реалізувати принцип взаимозаменяемости.

Уніфіковані сигнали: 1) Пневматичні - сигнали тиску стиснутого повітря діапазон зміни сигналу: 0,2 — 1 [pic] чи 0,02 — 0,1 МПа; сигнал харчування: 1,4 [pic]; відстань передачі: до 300 м. 2) Електричні сигнали мають багато діапазонів, які можна розділити на дві групи: а) токовые (сигнали постійного струму), например:

0 — 5 мАЛО, 0 — 20 мАЛО, 4 — 20 мАЛО та інших.; б) сигнали напруги постійного струму, наприклад: 0 — 1 У, 0 — 10 У і др.

Первинні прилади (датчики) можуть перетворювати вимірюваний параметр у будь-якій уніфікований сигнал. Якщо ж датчик видає неунифицированный сигнал, то тут для приведення його до стандартному діапазону необхідно встановити відповідний преобразователь.

1.2. Точність перетворення інформації. Пряме вимір — вимір, у якому дані значення величини знаходять безпосередньо з досвідчених даних. Непряме вимір — вимір, у якому дані значення величини знаходять виходячи з залежності між цією величиною і величинами, подвергаемыми, прямим вимірам. Принцип вимірів — сукупність фізичних явищ, у яких засновані виміру. Метод вимірів — сукупність прийомів використання принципів, і коштів вимірів. Засіб вимірів — технічне засіб, що використовується при вимірах і має нормовані метрологічні властивості. Міра — засіб вимірів, призначене на відтворення фізичної величини заданого розміру. Вимірювальний прилад — засіб вимірів, призначене розробки сигналу вимірювальної інформацією формі, доступною для безпосереднього сприйняття спостерігачем. Аналоговий розмір — вимірювати, показання якого є безупинної функцією змін вимірюваною величини. Цифровим вимірювати — розмір, автоматично вырабатывающий дискретні сигнали вимірювальної інформації, показання якого представлені у цифровий формі. Що Складає розмір — вимірювати, припускає лише отсчитывание показань. Свідчення кошти вимірів — вимір величини, обумовлений по отсчетному влаштуванню і виражене в прийнятих одиницях цієї величини. Градуировочная характеристика кошти вимірів — залежність між значеннями величин не вдома і вході кошти вимірів, складена як таблиці, графіка чи формули. Діапазон показань — область значень шкали, обмежена кінцеві і початковим значеннями шкали. Діапазон вимірів — область значень вимірюваною величини, на яку нормированы допущені похибки кошти вимірів. Межа вимірів — найбільше і найменше значення діапазону вимірів. Чутливість вимірювального приладу — ставлення зміни сигналу не вдома вимірювального приладу до зухвалому його зміни вимірюваною величины.

Будь-які виміру супроводжуються похибками: 1) випадкові похибки — мають випадкову природу і причина їх невідома; 2) промахи — викликані неправильними отсчетами по приладу; 3) систематичні - обумовлені недосконалістю методів визначення, конструкції прибора.

Види похибок: 1) абсолютні: (Х = Х — Х0, де Х — обмірюване значення параметра, Х0 — справжнє значение;

Абсолютна похибка вимірювання — похибка вимірювання, котре виражається у одиницях вимірюваною величини. 2) відносні: [pic] (виражені в %-ах);

Відносна похибку вимірювання — ставлення абсолютної похибки виміру до справжнього значенням вимірюваною величини. Відносна похибка має у відсотках. 3) наведені: [pic], де Хmin і Хmax — мінімальне і забезпечити максимальне значення вимірюваною величины.

Максимальна наведена похибка називається класом точности:

[pic].

Залежно від класу точності прилади діляться на еталонні (зразкові) і рабочие.

1.3. Класифікація КИП.

На нафтопереробних і хімічних виробництвах найчастіше измеряемыми величинами є температура, тиск, витрати електроенергії і рівень. На з них припадає близько 80% всіх вимірів. Решту займають електричні, оптичні та інших. измерения.

При вимірах використовуються різні вимірювальні прилади, які класифікуються за низкою ознак. Загальною градацією є поділ їх на прилади для виміру: механічних, електричних, магнітних, теплових та інших фізичних величин.

Класифікація у зв’язку зі вимірюваною величини вказує, яку фізичну величину вимірює прилад (тиск Р, температуру Т, витрата F, рівень L, кількість речовини Q і т.д.).

З ознаки перетворення вимірюваною величини, вимірювальні прилади поділяють на прилади: а) безпосередньої оцінки; б) сравнения.

За характером виміру: стаціонарні і переносные.

По способу відліку вимірюваною величини: що дають, регистрирующие, суммирующие.

1.4. Види первинних преобразователей.

Первинні прилади чи первинні перетворювачі призначені для безпосереднього перетворення вимірюваною величини до іншої величину, зручну для виміру чи використання. Розрізняють генераторные, параметричні і механічні перетворювачі: 1) Генераторные здійснюють перетворення різних видів енергії у електричну, тобто вони генерують електричну енергію (термоелектричні, п'єзоелектричні, электрокинетические, гальванічні та інших. датчики). 2) До параметрическим ставляться реостатные, тензодатчики, термосопротивления тощо. Їм до роботи необхідний генератор. 3) Вихідним сигналом механічних первинних перетворювачів (мембранних, манометрів, дифманометров, ротаметров та інших.) є зусилля, развиваемое чутливим елементом під впливом вимірюваною величины.

1.5. Методи і прилади для виміру температуры.

1.5.1 Класифікація термометров.

Температура речовини — величина, характеризує ступінь нагретости, що визначається внутрішньої кінетичною енергією теплового руху молекул. Вимірювання температури практично можна тільки методом порівняння ступеня нагретости двох тел.

Порівняйте нагретости цих тіл використовують зміни будь-яких фізичних властивостей, залежать від температури і легко піддаються измерению.

По властивості термодинамічної тіла, використовуваного для виміру температури, варто виокремити такі типи термометрів:. термометри розширення, засновані на властивості температурного розширення рідких тіл;. термометри розширення, засновані на властивості температурного розширення твердих тіл;. термометри газові манометрические;. термометри рідинні манометрические;. конденсаційні;. електричні;. термометри опору;. оптичні монохроматические пірометри;. оптичні колірні пірометри;. радіаційні пирометры.

1.5.2 Термометри розширення. Рідкі стеклянные.

Теплове розширення рідини характеризується порівняльним коефіцієнтом об'ємного розширення, значення визначається как.

[pic], 1/град, де V0, Vt1, Vt2 — обсяги рідини при 0 (З, температурах t1 і t2 соответственно.

Чутливість термометра залежить від різниці коефіцієнтів об'ємного розширення термометрической рідини і скла, від обсягу резервуара і діаметра капіляра. Чутливість термометра найчастіше у межах 0,4…5 мм/(С (декому спеціальних термометрів 100…200 мм/©.

Для захисту від ушкоджень технічні термометри монтуються в металевої оправі, а нижня погружная частина закривається металевої гильзой.

1.5.3 Термометри, засновані на розширенні твердих тел.

До цій групі приладів ставляться дилатометрические і біметалеві термометри, засновані на зміні лінійних розмірів твердих тіл з зміною температури. 1) Конструктивне виконання дилатометрических термометрів грунтується на перетворення вимірюваною температури в різницю абсолютних значень удлинений двох стрижнів, виготовлених із матеріалів з істотно різними термическими коефіцієнтами лінійного расширения:

[pic], 1/град, де l0, lt1, lt2 — лінійні розміри тіла при 0 (З, температурах t1 і t2 соответственно.

Через те, що ((мала, дилатометрические термометри застосовують у ролі різноманітних теплових реле в пристроях сигналізації і регулювання температури. 2) Біметалеві термометри засновані на деформації біметалевою стрічки за зміни температури. Зазвичай застосовуються біметалеві стрічки, зігнуті як пласкою чи гвинтовій спіралі. Один кінець спіралі укріплений нерухомо, другий — на осі стрілки. Кут повороту стрілки дорівнює розі закручування спіралі, який пропорційний зміни температуры.

Біметалеві термометри забезпечують зміна температури з відносними похибками 1 — 1,5%.

1.5.4 Газові манометрические термометры.

У основу принципу дії манометрического термометра покладено залежність між температурою і тиском термометрического (робочого) речовини, позбавленого можливості вільно розширюватися при нагревании.

Манометрические термометри зазвичай мають у собі термобаллон, капілярну трубку і трубчасту пружину з повідком, зубцюватим сектором і стрілкою. Уся стистема заповнюється робочим речовиною. При нагріванні термобаллона, встановленого у зоні вимірюваною температури, тиск робочого речовини всередині замкнутої системи збільшується. Збільшення тиску сприймається манометричній пружиною, яка впливає через передатний механізм на стрілку чи перо прибора.

Газові манометрические термометри засновані на залежності температури і тиску газу, укладеного у герметично замкнутої термосистеме.

Переваги: шкала приладу практично равномерна.

Недоліки: порівняно велика інерційність та великі розміри термобаллона.

1.5.5 Рідкі манометрические термометры.

Як манометричній рідини в приладах цього застосовується метиловий спирт, ксилол, толуолу, ртуть і т.д.

Рідкі манометрические термометри мають рівномірну шкалу.

1.5.6 Конденсаційні манометрические термометры.

Конденсаційні манометрические термометри реалізують залежність пружності насичених парів низкокипящей рідини від температури. Оскільки ці залежності для використовуваних рідин (хлористий мітив, етиловий ефір, хлористий етил, ацетон та інших.) нелінійні, отже, і шкали термометрів неравномерны. Проте, ці прилади мають вищої чутливістю, ніж газові жидкостные.

1.5.7 Електричні термометры.

Принцип дії цього термометрів грунтується на залежності термо-ЭДС (ТЭДС) ланцюга через зміну температуры.

У термоелектричної ланцюга, складається з двох провідників Проте й У (див. рис. 2.1) виникають 4 различные.

ТЭДС: 2 ТЭДС у місцях спаев провідників Проте й У, ТЭДС на кінці провідника Проте й ТЭДС на кінці провідника У. Суммарная.

ТЭДС, що виникає при нагріванні спаев провідників до температур t і t0:

EAB (t t0) = eAB (t) + eBA (t0),.

где eBA і eAB — ТЭДС, обумовлена контактної різницею потенціалів і різницею температур кінців Проте й В.

ТЭДС EAB (t t0) є функцією від температури гарячого спая t при умови сталості температури холодного спая t0.

Термопари градуируются при певної постійної температури t0 (зазвичай t0 = 0 (З чи 20 (З). При вимірах температура t0 може відрізнятиметься від градуировочного значення. І тут вводиться відповідна поправка в результат измерения:

EAB (t t0) = EAB (t t0') + EAB (t0't0).

Поправка EAB (t0't0) дорівнює ТЭДС, яку розвиває дана термопара за нормальної температури гарячого спая t0' і градуировочном значенні температури холодних спаев. Поправка береться позитивної, якщо t0' > t0 і негативною, якщо t0' < t0.

Розмір поправки то, можливо узятий з градуировочной таблицы.

Конструктивне виконання термопар різноманітно і головним чином та умовами їх застосування. За необхідності виміру невеличкий різниці температур чи одержання великий ТЭДС застосовуються диференціальні термопари і термобатареи, які становлять кілька послідовно з'єднаних термопар.

Компенсація зміни температури холодних спаев термопар. Правильне вимірювати температуру можливе лише за сталості температур вільних спаев t0. Він забезпечується з допомогою з'єднувальних дротів і спеціальних термостатирующих пристроїв. З'єднувальні дроти на даному разі призначені для перенесення вільних кінців термопари до зони з відомої постійної температурою, і навіть для під'єднання вільних кінців термопари до затискання вимірювальних приладів. З'єднувальні дроти повинні прагнути бути термоэлектрически подібні термоэлектродам термопары.

Зазвичай, з'єднувальні дроти для термопар, виготовлених із неблагородних металів, роблять з тих самих матеріалів, як і термоэлектроды. Винятком є хромель-алюмелевая термопара, для якої з метою зменшення опору лінії як з'єднувальних дротів застосовується мідь разом з константаном.

Градуировки термопар: ПХЕ — хромель-алюмелевые; ХК — хромелькопелевые; ПП — платинородий-платиновые і т.д.

Вимоги до термопарам: 1) відтворюваність, 2) висока чутливість, 3) надійність, 4) стабільність, 5) достатній температурний диапазон.

Таблиця 2.1 — Матеріали, використовувані виготовлення термопар. |Назва |Склад |ТЭДС, мВ |Максимальний | | | |(при t0 = 0 (З і t1 = |темпер. межа, | | | |100 (З) |(З | |хромель |10% Cr + 90% |+2,95 |1000 | | |Ni | | | |платинородий |90% Pt + 10% |+0,86 |1300 | | |Rh | | | |мідь |Cu |+0,76 |350 | |платина |Pt |0 |1300 | |алюмель |95% Ni + 5% |-1,2 |1000 | | |Al | | | |копель |56% Cu + 44% |-4 |600 | | |Ni | | | |константан |60% Cu + 40% |-3,4 |600 | | |Ni | | |.

Методи і кошти на виміру ТЭДС: 1) Метод безпосередньої оцінки (з допомогою милливольтметра); 2) Компенсаційний метод (з допомогою потенциометров).

1.5.8 Термометри сопротивления.

Вимірювання температури термосопротивлениями грунтується на властивості провідників і напівпровідників змінювати своє електричне опір при зміні температуры.

Вигляд функції R = f (t) залежить від природи матеріалу. Для виготовлення чутливих елементів серійних термосопротивлений застосовуються чисті метали, яких пред’являються такі вимоги: а) метал ні окисляться чи розпочинати хімічні реакції з вимірюваною середовищем; б) температурний коефіцієнт електричного опору металу (має бути досить великим і незмінним; в) функція R = f (t) мусить бути однозначна.

Найповніше зазначеним вимогам відповідають: платина, мідь, нікель, залізо і др.

Основна хиба термосопротивлений: велика інерційність (до 10 мин.).

Для виміру температури найчастіше застосовуються термосопротивления типів ТСП (платинові) і ПММ (медные).

1.5.9 Пірометри излучения.

Пірометри випромінювання засновані на використанні теплового випромінювання нагрітих тіл. Верхня межа виміру температури пирометра випромінювання мало обмежений. Вимірювання грунтується на безконтактному способі, тому відсутня спотворення температурного поля, викликаний запровадженням преосвітнього елемента приладу в вимірювану середу. Можливо вимір температури полум’я і високих температур газових потоків на великих скоростях.

Промениста енергія виділяється нагрітим тілом як хвиль різної довжини. При порівняно низьких температурах (до 500 (З) нагріте тіло випускає інфрачервоне проміння. Принаймні підвищення температури колір тіла від темно-червоного сягає білого. Зростання інтенсивності монохроматического випромінювання на підвищення температури описується відповідними уравнениями.

1.5.10 Колірні пирометры.

У колірних пирометрах визначається ставлення інтенсивності випромінювання реального тіла Є(в променях з цими двома заздалегідь обраними значеннями довжини хвилі (1 і (2, тобто показання колірних пирометров визначається функцією f (Е (1 / Е (2). Це ставлення кожної температури різна, але однозначно.

1.6. Побічні прилади для виміру різниці потенциалов.

Для виміру ТЭДС в комплектах термоелектричних термометрів застосовуються пирометрические милливольтметры і потенциометры. У потенциометрах, на відміну милливольтметров, використовується компенсаційний метод измерения.

1.6.1 Пирометрические милливольтметры.

Пирометрические милливольтметры є электро-измерительными приладами магнитоелектричної системы.

У конструкції пирометрических милливольтметров можна назвати магнітну і рухливу системи. Перша складається з подковообразного магніту 1, полюсных наконечників 2 і циліндричного сердечника 3.

Кольцевой зазор між сердечником і полюсными наконечниками характеризується наявністю практично рівномірного електромагнітного поля. У цьому вся зазорі соосно з сердечником розміщається рамка 4, яка монтується на кернах, які спираються подпятники, або на натягнутих нитках. Момент сил, протидіючий обертанню рамки створюється спеціальними пружинами.

Взаємодія струму, викликаного по рамці з полем постійного магніту 2 викликає поява обертаючого моменту, який, будучи урівноважений протиборчим моментом пружин, повертає рамку на певний кут. Цей кут пропорційний величині викликаного по рамці тока.

1.6.2 Потенциометры.

Потенциометры на відміну милливольтметров працюють за компенсаційному (нульового) методу измерения.

Принцип компенсації виміру атмосферного явища ТЭДС залежить від урівноважуванні її відомим напругою (U на калибровочном резисторе.

RАВ, створеним допоміжним джерелом струму. Струм від допоміжне джерело проходить через реохорд RAB. UAB пропорційно RАВ (у точці D перебуває движок реохорда).

Послідовно з термопарою, генеруючої ТЭДС, включений милливольтметр НП.

(нуль-прибор) з нулем у середині шкалы.

Пересуваючи движок D, домагаються врівноважування ?U і E (t t0).

1.6.3 Автоматичні електричні потенциометры.

Схема автоматичного потенциометра показано на рис. 2.5, де позначений: Rp — опір реохорда, Rш — шунти, Rп — для завдання меж виміру, Rн і Rк — для завдання початку й кінця шкали, Rб — балластное, Rс — для перевірки робочого струму, Rм — мідне опір як компенсація впливу температури холодних спаев. ИПС — джерело харчування стабилизированный.

Потенціометр складається з мосту опорів АВСD, однієї із діагоналей якого включений джерело харчування ИПС (діагональ ЗС), а іншу (вимірювальну діагональ АD) термопара з ТЭДС Є. і електродвигун ЕД з підсилювачем УЭД. У вершині А мосту перебуває реохорд Rр, до движку якого прикреплена стрілка, рушійна вздовж шкали. Переміщенням движка на свій чергу управляє электродвигатель.

Міст може перебуває у двох станах: урівноваженому і неуравновешенном.

Коли міст перебуває у рівновазі, ту напругу між його вершинами AD одно по модулю термоЭДС (UAD = Є) і непередбачуване напруження небаланса? U, подаване на підсилювач УЭД, одно нулю:

?U = UAD — Є = 0.

В даному стані ЕД не работает.

Якщо з будь-яким причин термо-ЭДС Є зміниться, то міст виходить із рівноваги і вході підсилювача УЭД з’явиться напруга небаланса? U? 0. Підсилювач, посиливши напруга, подає його за ЕД, який, обертаючись, переміщає движок реохорда. переміщення движка триває до того часу, поки міст знову ввійде у рівновага й напруга на ЕД знову стане одно нулю.

У цих потенциометрах процес компенсації здійснюється автоматично, безупинно і із швидкістю. Ці прилади мають устрою для автоматичного внесення поправки на температуру холодних спаев термопары.

1.7. Методи виміру сопротивления.

Для виміру опорів термоелектричних опорів (МС) часто використовують автоматичні електронні мости, включені по двухпроводной, трехпроводной чи четырехпроводной схемам.

Двухпроводная схема підключення мосту до МС показано на рис. 2.6, де обозначены:

R1, R2, R3, R4 — опору моста;

Rб — балластное опір обмеження робочого тока;

Rт — опір ТС;

Rл — опір лінії (з'єднувальних проводов).

Умовою рівноваги мосту є рівність творів протилежні плечей, тобто. у цьому случае:

R1.R3 (R2.(R4 + Rт + 2. Rл).

Коли міст урівноважений, напруга на діагоналі UAD = 0 і, отже, ЕД спрацьовує. При зміні температури об'єкта змінюється Rт і UAD перестає бути нульовим. Ця напруга посилюється УЭД і подається на ЕД, який, обертаючись, переміщає движок реохорда.

Недоліком такий схеми і те, що опору лінії входить у одне плече з Rт, отже, зміна Rл може викликати зміна показань мосту. Для компенсації Rл застосовуються трехпроводная чи четырехпроводная схемы.

Трехпроводная схема підключення мосту (див. рис. 2.7).

І тут рівняння рівноваги має вид:

(R1 + Rл).R3 (R2.(R4 + Rт + Rл).

Тобто опір лінії Rл входить у обидві частини рівняння і лише частково компенсируется.

1.8. Методи і прилади для вимірювань тиску і разряжения.

1.8.1 Класифікація приладів для виміру давления.

Під тиском у випадку розуміють межа відносини нормальної складової зусилля на площу, яку діє усилие.

Залежно від природи контрольованого процесу нас цікавить абсолютне тиск Ра чи надлишкове Рі. При вимірі Ра за початок відліку приймається нульовий тиск, що можна собі уявити, як тиск всередині судини після повної відкачування повітря. Природно, досягти Ра = 0 невозможно.

Барометричне тиск Рбар — тиск, який чиниться атмосферою на все перебувають у ній предметы.

Надлишкове тиск є різницю між абсолютним і барометрическим давлениями:

Рі = Ра — Рбар

Якщо Рабс < Рбар, то Рі називається тиском разряжения.

Класифікація приладів для вимірювань тиску: I. За принципом дії: 1) рідинні (засновані на зрівноважуванні тиску стовпом рідини); 2) поршневі (яка вимірюється тиск врівноважується зовнішньої силою, діючої на поршень); 3) пружинні (тиск вимірюється за величиною деформації пружного елемента); 4) електричні (засновані на перетворення тиску у будь-яку електричну величину). II. За родом своєї вимірюваною величини: 1) манометри (вимір надлишкового тиску); 2) вакуумметри (вимір тиску розрядження); 3) мановакуумметры (вимір як надлишкового тиску, і тиску розрядження); 4) напорометры (для виміру малих надлишкових тисків); 5) тягомеры (для виміру малих тисків розрядження); 6) тягонапорометры; 7) дифманометры (для виміру різниці тисків); 8) барометри (для виміру барометрического давления).

1.8.2 Рідкі манометры.

Широко застосовують у ролі зразкових приладів для лабораторних і технічних вимірів. Як робочої рідини використовується спирт, вода, ртуть, масла.

Двотрубний манометр представляє з себе Uобразну трубку, заповнену затворной жидкостью.

1.8.3 Чашкові манометри і дифманометры.

Чашковий (однотрубный) манометр є різновидом U-образного трубного манометра (див. рис. 2.10), яка має одне з трубок замінена посудиною великого діаметра (чашкою). Вимірюється тиск Ра, чинне на рідина у широкому посудині, а відкритий кінець трубки сполучено з атмосферой.

Рівняння рівноваги: Р = (g.

(h + H).

Чашкові і трубні манометри застосовуються для тарировки і перевірки робочих приладів, рідше — як робочу силу приборов.

1.8.4 Микроманометры.

Застосовуються для виміру тисків, меньших.

100 — 200 мм водяного столба.

Представляють з себе рідинної манометр з нахиленій по кутом 20…50(трубкою. h = L. sin (() — висота підняття рівня рідини вузькому трубке,.

P = (.g.h — обмірюване давление.

Похибка: (1,5%.

1.8.5 Пружинні манометры.

Складаються з трубчастої пружини 1 з повідком, зубчастого сектора 3 і шестерні 4 з прикріпленій до неї стрілкою 2.

При збільшенні тиску трубчаста пружина прагне розігнутися, у результаті вона через повідець починає взаємодіяти на зубцюватий сектор, відхиляючи стрелку.

1.8.6 Електричні манометры.

Перетворювачі тиску типу «Сапфір » .

Ці манометри забезпечують безупинне перетворення значення вимірюваного параметра (тиску надлишкового, абсолютного, розрядження, різниці тисків нейтральних і агресивних середовищ) в уніфікований токовый сигнал для дистанційної передачі (0 — 5 мАЛО, 0 — 20 мАЛО і др.).

Мембранний тензопреобразователь 3 розміщений всередині підстави 9 (див. рис. 2.13). Внутрішня порожнину 4 тензопреобразователя заповнена кремнийорганической рідиною і відділена вимірюваною середовища металевої гофрованої мембраною 6, привареній по зовнішньому контуру до підставі 9. Порожнину 10 сообщена із навколишньою атмосферой.

Вимірюваний тиск подається до камери 7 фланца 5, який уплотнен прокладанням 8. Вимірюваний тиск впливає на мембрану 6 і крізь рідина впливає на мембрану тензопреобразователя, викликаючи її прогин і зміна опору тензорезисторов. Електричний сигнал від тензопреобразователя передається з вимірювального блоку 1 дротами через гермовывод 2.

Перетворювачі Сапфир-22ДА моделей 2050 і 2060, призначені для виміру абсолютного тиску, різняться тим, що порожнину 10 вакуумирована і герметизирована.

Перетворювачі Сапфир-22ДД моделей 2410, 2420, 2430, 2434, 2440 і 2444 (див. рис. 2.14), призначені для виміру різниці тисків, вирізняються тим, що мені використовується тензопреобразователь мембраннорычажного типу, розміщеним всередині підстави у замкнутої порожнини, заповненою кремнийорганической рідиною, і відділений від вимірюваною середовища двома металевими гофрованими мембранами. Мембрани з'єднані між собою центральним штоком, переміщення якої передається важелю тензопреобразователя, що викликає деформацію тензопреобразователя. Чутливим елементом тензопреобразователя є пластина з монокристалічного сапфіру (різновид корунду — Al2O3) з кремнієвими плівковими тензорезисторами (структура КНП — кремній на сапфире).

Електричний сигнал від тензопреобразователя передається з вимірювального блоку в електронне пристрій 1 дротами через гермоввод 2. Вимірювальний блок витримує без руйнації вплив односторонньої перевантаження робочим надлишковим тиском. Це забезпечується тим, що з такий перевантаження одне з мембран 8 лягає на його профилированную поверхню підстави 9.

1.9. Методи і прилади для вимірювання витрати пара, газу та жидкости.

1.9.1 Классификация.

Кількість речовини виявляється у одиницях обсягу чи маси (тобто. в м3 чи кілограмах). Кількість рідини однаковою мірою точності то, можливо обмірювано і об'ємним, і масовим методами, кількість газу — лише об'ємним. Для твердих і сипучих матеріалів використовується поняття насипний чи об'ємної маси, яка від гранулометрического складу сипкого матеріалу. Для точних вимірів кількість сипкого матеріалу визначається взвешиванием.

Витратою речовини називається кількість речовини, що відбувається через дане перетин трубопроводу в одиницю часу. Масовий витрата вимірюється в кг/с, об'ємний — в м3/с.

Прилади, що вимірюють витрата, називаються витратомірами. Ці прилади може бути обладнані лічильниками (інтеграторами), вони називаються расходомерами-счетчиками. Такі прилади дозволяють вимірювати витрата пального й кількість вещества.

Класифікація: Механічні об'ємні ковшовые барабанного типу мерники швидкісні методом змінного перепаду тиску з методу постійний перепад тиску напірні трубки ротаційні Електричні електромагнітні ультразвукові радиоактивные.

1.9.2 Метод змінного перепаду давления.

Є найпоширенішим і вивченим методом вимірювання витрати рідини, пара і газа.

У вимірювальної техніці сужающими пристроями є діафрагми, сопла і сопла Вентури.

Найчастіше їх застосовуються діафрагми, які мають собою тонкий диск, встановлений трубопроводі те щоб його отвір було концентрично внутрішньому контуру перерізу трубопроводу. Звуження потоку починається до діафрагми. Потім на деякій відстані з ним завдяки дії сил інерції, потік звужується до мінімального значення, а далі поступово розширюється до перерізу трубопроводу. Перед діафрагмою і з ним утворюються зони з вихровим движением.

I — I — перетин потоку до спотворення формы.

II — II — перетин на місці максимального сужения.

Рп — втрати тиску тертя і завихрения.

Різниця тисків Р1 — Р2 залежить від витрати середовища, протікаючим через трубопровод.

Що стосується використання сопла струмінь, що протікає нього, не відривається з його профилированной частини, тож Рп меньше.

Ще менше втрати Рп в соплі Вентури.

Перепад тиску вимірюється дифманометрами.

Комплект расходомера складається з элементов:

1) яке звужуватиме пристрій (Д);

2) імпульсні трубки (Т);

3) дифманометр (ДМ).

Як дифманометров зазвичай використовуються перетворювачі різниці тисків типу «Сапфір » .

1.9.3 Витратоміри постійний перепад давления.

До них належать гідродинамічні, поршневі, поплавковые, ротаметрические расходомеры.

Найпоширенішими приладами групи витратомірів постійного перепаду тиску є ротаметры (див. рис. 2.17), які мають низку переваг перед расходометрами змінного перепаду тиску: а) втрати Рп незначні і залежить від витрати; б) мають великий діапазон вимірювання, і дозволяють вимірювати малі расходы.

Принцип дії грунтується на вимірі становища М поплавця, обертового в розширення догори трубці під впливом спрямованої вгору струи.

Q — витрата який струменіє через трубку газу чи жидкости,.

(- кут нахилу стінок трубки.

Залежність М від Q нелінійна, але у початковому і середньому ділянках рівномірність ділень шкали спотворюється в незначною степени.

Відсутність прямій залежності між Q і М вимагає індивідуальної градуировки кожного прибора.

Ротаметрические трубки зазвичай виготовляються зі скла, яким наноситься шкала. Ротор також може бути виготовлений вигляді кульки чи диска.

1.9.4 Витратоміри змінного уровня.

Використовуються для виміру витрат сумішей продуктів, містять тверді частки, пульсуючих потоків, особливо активних сред.

Вимірювання здійснюються при атмосферному тиску. Вона складається з елементів (див. рис. 2.18): 1 — калібрований посудину, 2 — уровнемерное скло, 3 — отвір в днище, 4 — перегородка для заспокоєння потока.

1.9.5 Витратоміри швидкісного напора.

Вимірювання витрати грунтується на залежності динамічного напору від швидкості потоку вимірюваною среды.

Дифманометр, який би з'єднав обидві трубки, показує динамічний тиск, по якому судять про швидкості потоку і, отже, про расходе.

1.10. Методи і прилади для виміру уровня.

1.10.1 Методи виміру уровня.

Загалом обсязі вимірювальних операцій на нафтопереробці, нафтохімії та газової промисловості вимір рівня становить 18 — 20%.

Поl виміром рівня розуміється індикація становища розділу двох середовищ різної щільності щодо якоїсь горизонтальній поверхні, прийнятої за початок відліку. Прилади, виконують це завдання, називаються уровнемерами.

Методи виміру рівня: 1) поплавковый, 2) буйковый, 3) гидростатический, електричні і др.

1.10.2 Поплавковый метод виміру уровня.

Поплавковый рівнемір побудований за принципу використання яка викидає сили рідини. Чутливий елемент є тіло довільній форми (поплавець), плаваючий лежить на поверхні рідини і має постійну осадку. Поплавець переміщається вертикально разом із рівнем рідини і поточне значення рівня визначається фіксацією становища поплавка.

1.10.3 Буйковые уровнемеры.

Дія буйкового уровнемера грунтується на законе.

Архімеда. Чутливий елемент буйкового уровнемера — буй — масивне тіло, підвішений вертикально всередині судини, рівень рідини у якому контролюється. Принаймні зміни рівня рідини змінюється занурення буя вследствии компенсації яка викидає сили рідини зміною зусилля у подвеске.

Отже, за величиною занурення буя судять про рівень рідини в посудині. Характеристика буйкового уровнемера лінійна, а чутливість тим більше коштів, що більше площа поперечного перерізу буя.

1.10.4 Гідростатичні уровнемеры.

У цих приладах вимір рівня рідини постійної щільності зводиться до виміру тиску, створеного стовпом рідини Р = (ж g h.

Розрізняють пьезометрические рівнеміри і рівнеміри з безпосереднім виміром стовпа жидкости.

Пьезометрические рівнеміри застосовуються для виміру рівня самих різноманітних, зокрема в’язких і агресивних жидкостей.

Повітря з пьезометрической трубки 1 барботирует через шар рідини. Кількість повітря, подаваного під тиском, обмежується дросселем 3 в такий спосіб, щоб швидкість руху їх у трубопроводі була мінімально можливої. Рівень рідини визначається по різниці тиску в дифманометре 2.

1.10.5 Електричні методи виміру уровня.

Для виміру рівня рідини можна використовувати відмінність електричних властивостей рідини і парогазовой суміші під нею. Під електричними властивостями розуміються диэлектрическая проникність і електропровідність веществ.

Кондуктометрический метод виміру рівня грунтується на вимірі електричної провідності первинного перетворювача, яка від значення уровня.

Емкостной метод виміру грунтується на зміни місткості первинного перетворювача залежно від становища рівня вимірюваною середовища. Зазвичай первинний перетворювач виконується як коаксіальних циліндричних обкладок, занурених в вимірювану рідина. Зі зміною рівня рідина заповнює простір між обкладками і тим самим змінює їх електричну ємність. Залежність між рівнем рідини і ємністю пропорциональная.

2. Виконавчі устройства.

2.1. Класифікація виконавчих устройств.

Виконавчим пристроєм (ІУ) називається пристрій у системі управління, безпосередньо реалізує котра управляє вплив із боку регулятора на об'єкт управління шляхом механічного переміщення регулюючого органу (РВ) объекта.

Більшість управляючих у нафтопереробці, нафтовидобутку і нафтохімії реалізується шляхом зміни витрат речовин (наприклад, сировини, палива, кубового залишку колони і т.д.).

Рівняння статики ІУ для витрати F рідини чи газу то, можливо описано как.

F = F (?P, ?, ?, C1, C2, …), де? P — перепад тиску РВ,? — в'язкість,? — щільність, Сi — деякі параметри, залежать від конструкції РВ, режиму закінчення потоку і т.д. Звідси видно, що витрати F можна змінити путем:

— зміни ?P (насосні ИУ),.

—? чи? (реологические ИУ),.

— коефіцієнтами Ci (дроссельные ИУ).

2.2. Виконавчі устрою насосного типа.

Структура ІУ насосного типу представлена малюнку, де зазначено: u — котра управляє вплив із боку регулятора, ЇМ — виконавчий механізм (привід), РВ — регулюючий орган (насос), Хр — параметр, змінює продуктивність насоса (частота обертання валу, хід поршня і т.д.).

Для даних ІУ, зазвичай, тиск на выходе.

Рвых більше, ніж тиск на вході Рвх, а перепад тиску РВ окреслюється ?Р =.

Рвых — Рвх.

Насосні ІУ діляться втричі класса:

1) З обертальним рухом РВ: а) шестеренчатые — зуби шестерень створюють зі стінками корпусу безліч обсягів, з яких рідина з усмоктувальної лінії подається в нагнетательную; зворотний струм рідини значно коротші, бо за зацеплении шестерень між собою залишкові обсяги невеликі. б) шиберные — під час обертання шиберы відцентровими силами притискаються до корпусу й утворять з нею перемінні обсяги: на всасывающейся лінії увеличивающиеся, на нагнетательной — дедалі менші. в) гвинтові - перекачування виробляється гвинтовим шнеком. р) відцентрові - зміна витрати відбувається поза рахунок зміни вхідний швидкістю порожнини ротора насоса.

2) З поступальним рухом РВ: а) поршневі, б) мембранні, в) сильфонные.

2.3. Виконавчі устрою реологического типа.

Деякі рідини і дисперсионные системи можуть змінювати в’язкість під впливом електричного поля (наприклад, вазелінове, трансформаторное, касторове олії, олефины, алюмосиликаты та інших.), тобто. F = F (?).

Перетворювач в ІУ такого типу здійснює зміна електромагнітного поля була в РВ залежно від u, що у своє чергу впливає ?. У цьому витрата F на РВ змінюється пропорционально.

2.4. Виконавчі устрою дроссельного типа.

Ці ІУ знайшли переважне поширення силу універсальності і простоти. Залежно від u ЇМ змінює якийабо параметр дроселі РВ, що зумовлює зміни витрати F.

Пропускний характеристикою дроселі називається залежність витрати F від перепаду тиску? Р = Рвх — Рвых, становища РВ і т.д.

Залежність F (?Р) для турбулентного потока:

F =? [pic], де [pic], P. S — площа перерізу потоку,? — коефіцієнт місцевого опору,? — плотность.

Типи ИУ:

1) Плунжерні - витрата регулюється шляхом зміни площі прохідного перерізу, освіченого парою «седло-затвор» (див. рис.). Форма затвора підбирається в такий спосіб, щоб пропускна характеристика F.

= F (h) була линейна (h — становище штока).

2) Шланговые — витрата регулюється сжиманием гнучкого шланга (тип ПШУ-1).

3) Диафрагмовые — використовують гнучкі мембраны.

4) Заслоночные — використовують заслінки як дисків, що обертаються у сечении трубопроводу. 5) Крани — використовують затвори, виконані вигляді циліндра, усіченого конуса чи сфери, з прохідним отвором; витрата регулюється поворотом затвора визначений кут. 6) Засувки — витрата регулюється пласкою засувкою, перемещающейся перпендикулярно осі трубопровода.

2.5. Виконавчі механизмы.

Стандартні виконавчі механізми (ЇМ) працюють у поєднанні з РВ, створюючи разом ІУ, і класифікуються по: — виду енергії, що створює перестановочное зусилля (електричні, пневматичні, гідравлічні та інших.); - виду руху (прямоходовые, однооборотные і многооборотные); - принципу створення перестановочного зусилля (мембранні, поршневі, сильфонные, лопатеві, електромагнітні, електродвигунні і др.).

Пневматичні ЇМ знайшли стала вельми поширеною завдяки простоті конструкції, низьку вартість, надійності, здібності працювати у пожароі вибухонебезпечних умовах. Недоліки: обмеженість відстані від регулятора до місця установки ІУ (зазвичай до 200 м), низька швидкодія, низький клас точности.

Вхідним сигналом цих ЇМ є тиск стиснутого повітря, яке, впливаючи на мембрану, створює усилие.

F = Sэф (Рu — Ро), де Pu — котра управляє давление,.

Ро — початкова тиск, у якому створюється рух плунжера,.

Sэф — ефективна площа мембраны.

Електричні ЇМ мають переваги: високе швидкодія, точність позиціонування, компактність, доступність джерела енергії, великі перестановочные зусилля. Недоліки: дорожнеча, необхідність заходів захисту у взрывоі пожароопасных условиях.

Поділяються на електродвигунні (привід від двигуна) і электромагнитные.

Промисловість випускає практично лише електродвигунні ЇМ з напругою 220 У чи 380 В:

— многооборотные (МЭМ),.

— однооборотные (МЭО) з кутом повороту до 360є,.

— прямоходовые (МЭП).

Приклад маркування: МЭО-0,63/10−0,25 (однооборотный електричний ЇМ, момент 6,3 М. м, час ходу 10 сік, номінальний хід 0,25 оборота).

3. Функціональні схеми автоматизации.

3.1. Умовні обозначения.

Усі місцеві вимірювальні і преосвітні прилади, встановлені на технологічному об'єкті зображуються на функціональних схемах автоматизації як окружностей (див. рис. 2.30, чи б).

Якщо прилади розміщуються на щитах і пультах у чи місцевої операторных приміщеннях, то всередині окружності проводиться горизонтальна розділова лінія (див. рис. 2.30, у і р). Якщо функція, якої відповідає окружність, реалізована у системі розподіленого управління (наприклад, в комп’ютеризованої системі), то окружність вписується в квадрат (див. рис. 2.30, д).

Всередину окружності вписуються: — в верхню частина — функціональне позначення (позначення контрольованих, сигнализируемых чи регульованих параметрів, позначення функцій і функціональних ознак приладів та пристроїв); - в нижню — позиційні позначення приладів та устройств.

Місця розташування добірних пристроїв і точок виміру вказуються з допомогою тонких суцільних линий.

Літерні позначення коштів автоматизації будуються з урахуванням латинського алфавіту і полягає із трьох груп літер: 1 літера — Контрольована, сигнализируемый чи регульований параметр:

D — плотность,.

Є - будь-яка електрична величина,.

F — расход,.

G — становище, перемещение,.

М — ручне воздействие,.

До — временна’я программа,.

L — уровень,.

М — влажность,.

Р — давление,.

Q — склад суміші, концентрация,.

R — радиоактивность,.

P.S — швидкість (лінійна чи угловая),.

Т — температура,.

U — різнорідні величины,.

V — вязкость,.

W — маса. 2 літера (не обов’язкова) — уточнення характеру вимірюваною величины:

D — різницю, перепад,.

F — соотношение,.

J — автоматичне переключение,.

Q — підсумовування, інтегрування. 3 група символів (кілька літер) — функції і функціональні ознаки прибора:

I — показания,.

R — регистрация,.

З — регулирование,.

P.S — переключение,.

Y — перетворення сигналів, переключение,.

А — сигнализация,.

Є - первинне перетворення параметра,.

Т — проміжне перетворення параметра, передача сигналів на расстояние,.

До — переключення управління з ручного на автоматичне і навпаки, управління з програмі, коррекция.

Умовні позначення інших приладів, використовуваних на схемах, показані на рис. 2.31: — автоматична захист із системи протиаварійної захисту (ПАЗ, див. рис. 2.31,а); - технологічне відключення (включення) із системи управління (див. рис. 2.31, б); - регулюючий клапан, що відкриється при припинення подачі повітря (нормально відкритий) — рис. 2.31, в; - регулюючий клапан, закрывающийся при припинення подачі повітря (нормально закритий) — рис. 2.31, р; - управляючий электропневматический клапан (ЭПК) — рис. 2.31, буд; - отсекатель з приводом (запірний клапан) — рис. 2.31, е.

3.2. Приклади побудови умовних позначень приладів та коштів автоматизации.

(У дужках вказані приклади типів приладів) | |Первинний вимірювальний перетворювач для виміру | | |температури, встановлений за місцем (наприклад, термоелектричний| | |перетворювач (термопара), термопреобразователь опору, | | |термобаллон манометрического термометра, датчик пирометра і | | |т.д.). | | |Прилад для виміру температури що складає (термометри | | |ртутний, манометрический тощо.). | | |Прилад для виміру температури що складає, встановлений на | | |щиті (милливольтметр, логометр, потенціометр (типу КСП та інших.), | | |міст автоматичний (типу КСМ та інших) тощо.). | | |Прилад для виміру температури бесшкальный з дистанційної | | |передачею показань, встановлений за місцем. | | |Прилад для виміру температури одноточечный реєструючий, | | |встановлений на щиті (милливольтметр самопишущий, логометр, | | |потенціометр тощо.). | | |Прилад для виміру температури з автоматичним обегающим | | |пристроєм реєструючий, встановлений на щиті (термометр | | |манометрический, милливольтметр, потенціометр, міст тощо.). | | |Прилад для виміру температури реєструючий, регулюючий, | | |встановлений на щиті (термометр манометрический, милливольтметр,| | |потенціометр тощо.). | | | | | |Регулятор температури бесшкальный, встановлений за місцем | | |(дилатометрический регулятор температури і д.р.). | | |Комплект для виміру температури реєструючий, регулюючий, | | |обладнаний станцією управління, встановлений на щиті | | |(пневматичний вторинний прилад, наприклад, ПВ 10.1Э системи | | |"Старт" з регулюючим блоком ПР 3.31). | | |Прилад для виміру температури бесшкальный з контактним | | |пристроєм, встановлений за місцем (реле температурное). | | |Байпасная панель дистанційного управління, встановлена | | |щиті. | | |Перемикач електричних ланцюгів виміру (управління), | | |перемикач для газових (повітряних) ліній, встановлений на | | |щиті. | | |Прилад для вимірювань тиску (розрядження), що складає, | | |встановлений за місцем (будь-який що складає манометр, дифманометр,| | |напоромер тощо.). | | |Прилад для виміру перепаду тиску що складає, | | |встановлений за місцем (дифманометр що складає. | | |Прилад для вимірювань тиску (розрядження) бесшкальный з | | |дистанційним передаванням показань, встановлений за місцем | | |(дифманометр бесшкальный з пневмочи электропередачей). | | |Прилад для вимірювань тиску (розрядження) реєструючий, | | |встановлений на щиті (самопишущий манометр будь-якої іншої | | |вторинний прилад для реєстрації тиску). | | |Прилад для вимірювань тиску з контактним пристроєм, | | |встановлений за місцем (реле тиску). | | |Прилад для вимірювань тиску (розрядження) що складає з | | |контактним пристроєм, встановлений за місцем (электроконтактный| | |манометр тощо.). | | |Регулятор тиску прямої дії «до себе». | | |Первинний вимірювальний перетворювач для вимірювання витрати, | | |встановлений за місцем (діафрагма, сопло Вентури датчик | | |індукційного расходомера тощо.). | | |Прилад для вимірювання витрати бесшкальный з дистанційної | | |передачею показань, встановлений за місцем (бесшкальный | | |дифманометр, ротаметр з пневмочи электропередачей). | | |Прилад для виміру співвідношення витрат реєструючий, | | |встановлений на щиті (будь-який вторинний прилад для реєстрації | | |співвідношення витрат). | | |Прилад для вимірювання витрати що складає, встановлений за місцем| | |(дифманометр чи ротаметр що складає тощо.). | | |Прилад для вимірювання витрати інтегруючий що складає, | | |встановлений за місцем (будь-який счетчик-расходомер з інтегратором).| | |Прилад для вимірювання витрати що складає інтегруючий, | | |встановлений на щиті (що складає дифманометр з інтегратором). | | |Прилад для вимірювання витрати інтегруючий з побудовою для | | |видачі сигналу після проходження заданого кількість речовини, | | |встановлений за місцем (счетчик-дозатор). | | |Первинний вимірювальний перетворювач для виміру рівня, | | |встановлений за місцем (датчик електричного чи ємнісного | | |уровнемера). | | |Прилад для виміру рівня що складає, встановлений за місцем.| | | | | |Прилад для виміру рівня з контактним пристроєм, | | |встановлений за місцем (реле рівня). | | |Прилад для виміру рівня з контактним пристроєм бесшкальный | | |з дистанційним передаванням показань, встановлений за місцем | | |(рівнемір бесшкальный з пневмочи электропередачей). | | |Прилад для виміру рівня бесшкальный регулюючий з контактним| | |пристроєм, встановлений за місцем (електричний | | |регулятор-сигнализатор рівня з блокуванням по верхньому рівню). | | |Прилад для виміру рівня що складає з контактним | | |пристроєм, встановлений на щиті (вторинний що складає прилад| | |з сигналізацією верхнього й нижнього рівня). | | |Прилад для виміру щільності розчину бесшкальный з | | |дистанційним передаванням показань, встановлений за місцем (датчик| | |плотномера з пневмочи электропередачей). | | |Прилад для виміру розмірів що складає, встановлений по | | |місцеві (толщиномер). | | |Прилад для виміру будь-який електричної величини що складає, | | |встановлений за місцем. | | |Вольтметр. | | |Амперметр. | | |Ватметр | | |Прилад керувати процесом по тимчасової програмі, | | |встановлений на щиті (командний пневматичний прилад, | | |многоцепное реле часу й т.д.). | | |Прилад для виміру вологості реєструючий, встановлений на | | |щиті (вторинний прилад влагомера тощо.). | | |Первинний перетворювач для виміру якості продукту, | | |встановлений за місцем (датчик рН-метра тощо.). | | |Прилад для виміру якості продукту що складає, | | |встановлений за місцем (газоаналізатор на кисень тощо.). | | |Прилад для виміру якості продукту реєструючий | | |регулюючий, встановлений на щиті (вторинний самопишущий прилад| | |регулятора концентрації сірчаної кислоти в розчині тощо.). | | |Прилад для виміру радіоактивності що складає з контактним | | |пристроєм, встановлений за місцем (прилад для показань і | | |сигналізації гранично допустимих значень (і (-випромінювань). | | |Прилад для виміру частоти обертання приводу реєструючий, | | |встановлений на щиті (вторинний прилад тахогенератора). | | |Прилад для виміру кількох різнорідних величин | | |реєструючий, встановлений за місцем (самопишущий | | |дифманометр-расходомер з додатковою записом тиску і | | |температури). | | |Прилад для виміру в’язкості розчину що складає, | | |встановлений за місцем (вискозиметр що складає). | | |Прилад для виміру маси продукту що складає з контактним | | |пристроєм, встановлений за місцем (пристрій | | |электронно-тензометрическое сигнализирующее тощо.). | | |Прилад контролю погасания смолоскипа печі бесшкальный з | | |контактним пристроєм, встановлений на щиті (вторинний прилад | | |запально-защитного устрою; застосування резервної літери У | | |має бути обумовлено на полі схеми). | | |Перетворювач сигналу, встановлений на щиті (вхідний і | | |вихідний сигнали — електричні; нормирующий перетворювач і | | |т.д.). | | |Перетворювач сигналу, встановлений за місцем (вхідний сигнал | | |пневматичний, вихідний — електричний; | | |электропневмопреобразователь ЭПП-63 тощо.). | | |Пристрій, яке виконує функцію множення на постійний | | |коефіцієнт До. | | |Пускова апаратура керувати електродвигуном (магнітний | | |пускач, контактор тощо.; застосування резервної літери N має | | |бути обумовлено на полі схеми). | | |Апаратура, призначена для ручного дистанційного | | |управління, встановлена щиті (кнопка, ключ управління, | | |задатчик тощо.). | | |Апаратура для ручного дистанційного управління, споряджена | | |пристроєм для сигналізації, встановлена щиті (кнопка з | | |лампочкою тощо.). | | |Ключ управління, готовий до вибору управління, | | |встановлений на щиті. |.

3.3. Приклади схем контролю температуры.

3.3.1 Індикація і реєстрація температури (TIR).

101−1 Термоелектричний термометр тип.

ТХА, грн. ПХЕ, межі виміру от.

-50 (З до 900 (З, матеріал корпуса.

Ст0Х20Н14С2, марка ТХА-0515.

101−2 Перетворювач термоЭДС у стандартний токовый сигнал 0…5 мАЛО, грн. ПХЕ, марка Ш-72.

101−3 Миллиамперметр що складає реєструючий на 2 параметра, марка А-542.

Примечание: Інші види амперметрів: А-502, А-503 — що дають, А-542, А;

543 — регистрирующие, остання цифра — число параметрів; А-100 — що складає на 1 параметр.

3.3.2 Індикація, реєстрація і регулювання температури з допомогою пневматичного регулятора (TIRС, пневматика).

102−1 те, що 101−1.

102−2 те, що 101−2.

102−3 электропневмопреобразователь, вхідний сигнал 0…5 мАЛО, вихідний — стандартний пневматический.

0,02…0,1 МПа, марка ЭПП-63 (или.

ЭПП-180).

102−4 пневматичний вторинний прилад на 3 параметра зі станцією управління, марка ПВ 10.1Э (з електроприводом диаграммной ленты).

102−5 Пневматичний ПИ-регулятор ПР.

3.31.

Примітка: Регулятори ПР 2.31 знято з производства.

3.3.3 Індикація і регулювання температури з допомогою микропроцессорного регулятора (TIС, эл.).

103−1 те, що 101−1.

103−2 Трехканальный микропроцессбур’янистий регулятор типу «Протерм;

100″.

103−3 Регулюючий клапан для неагресивних середовищ, корпус з чавуну, гранична температура.

Т = 300 (З, тиск Ру = 1,6 МПа, умовний діаметр Dу = 100 мм, тип.

25нч32нж.

3.3.4 Індикація, реєстрація, сигналізація і регулювання температури з допомогою потенциометра (мосту) (TIRС, эл.).

104−1 те, що 101−1.

104−2 Автоматичний електронний потенціометр на 1 точку з умонтованими пристроями регулювання і сигналізації, тип.

КСП-4 (чи автоматичний електронний міст типу КСМ-4 і т.д.).

104−3 Лампа сигнальна Л-1.

104−4 те, що 103−3.

3.4. Приклади схем контролю тиску. 3.4.1 Індикація тиску (PI). 210−1 Манометр пружинний М-… (див. рис. 2.36).

3.4.2 Сигналізація тиску (PA).

202−1 Пневматичний первинний перетворювач тиску, межу виміру 0… 1,6 МПа, вихідний сигнал 0,02…0,1 МПа, марка.

МС-П-2 (манометр сильфонный з пневмовыходом).

202−2 Электроконтактный манометр з сигнальною лампою ЭКМ-1.

202−3 те, що 104−3.

3.4.3 Індикація, реєстрація і регулювання тиску (PIRC, пневматика).

Див. рис. 2.38.

203−1 те, що 202−1.

203−2 те, що 102−4.

203−3 те, що 102−5.

203−4 те, що 103−3.

3.4.4 Індикація і реєстрація тиску (PIR, ел.). Див. рис. 2.39. 204−1 Первинний перетворювач стороннього тиску з стандартним токовым выходом.

0…5 мАЛО, марка МС-Э (чи Сапфир-22ДИ тощо.) 204−2 те, що 101−3.

3.4.5 Індикація, реєстрація, регулювання і сигналізація давления.

(PIRCA, пневматика).

Див. рис. 2.40.

205−1 те, що 202−1.

205−2 те, що 102−4.

205−3 те, що 102−5.

205−4 те, що 103−3.

205−5 те, що 202−2.

205−6 те, що 202−3.

3.5. Схеми контролю рівня життя та расхода.

Схеми контролю рівня аналогічні схемами контролю тиску, оскільки його значення виміру атмосферного явища або перетворюється на тиск, або датчики рівня, як і датчики тиску, мають не вдома стандартний пневматичний чи електричний сигнал.

Для вимірювання витрати рідини первинні перетворювачі встановлюються в сечении трубопроводу, на схемою з позначення як і правило, зображуються вбудованим в трубопровод.

З використанням які звужують пристроїв, наприклад, діафрагм, перепад тисків ними вимірюється дифманометрами, тому схеми автоматизації аналогічні схемами контролю тиску. Інші витратоміри, зазвичай, має не вдома стандартний сигнал.

Приклади схем:

301−1 Діафрагма марки ДК6−50-II-а/г-2.

(діафрагма камерна, тиск Ру = 6 атм, діаметр Dу = 50 мм).

301−2 Дифманометр з пневмовыходом 0,02…0,1.

МПа, марка ДС-П1 (для пневматики) или.

Сапфир-22ДД (для електричної схемы).

302−1 Ротаметр РД-П (з пневмовыходом) чи РД;

Еге (з електричним выходом).

Таблиця 2.2 — Форма специфікації до ФВА. |поз. |Параметри середовища, |Найменування і |Марка |К-во|Приме-| | |обчислювані параметры|техническая | | | | | | |характеристика | | |чание | |100−1|Давление в аппарате,|Манометр сильфонный з |МС-П2 |3 |по | | | |пневмовыходом, вых. | | |місцеві | |101−1|Рmax = 0,5 МПа |сигнал 0,02…0,1 МПа, | | | | | | |межі вимірів 0…1,6 | | | | |103−2| |МПа | | | |.

Прилади в специфікації може бути згруповані за позиціями на схемою чи з маркам.

Частина 3. Сучасні системи управління производством.

1. Структура АСУ ТП.

Характерною ознакою розвитку сучасної електронної промисловості є бурхливий ріст, що супроводжується так само бурхливим зниженням вартості коштів автоматизації, обчислювальної техніки, комунікацій, пристроїв високоточних вимірів параметров.

Цифрові технології швидко витісняють аналогові, які переважали в системах управління у минулому. Це з тим, можливості цифрових засобів вимірювання та управління значно вище, ніж в аналогових. До їх достоїнств ставляться: 1) точніше уявлення вимірюваних величин; 2) велика перешкодозахищеність; 3) можливості побудови обчислювальних мереж; 4) велика гнучкість і ефективність у управлінні процесом і т.д.

Всі ці можливості пов’язані з конкретними вигодами для користувачів: 1) прискорення роботи операторів системи управління; 2) економія фінансових ресурсів; 3) підвищення якості і коректності рішень, прийнятих операторами; 4) зменшення втрат продукції і на др.

Будь-яку автоматичну систему управління технологічним процесом (АСУ ТП) за остаточному підсумку розділити на 3 основних рівня иерархии:

Найбільш нижнім рівнем є рівень датчиків і виконавчих механізмів, які безпосередньо на технологічних об'єктах. Їхню діяльність залежить від отриманні параметрів процесу, перетворення в відповідний вид для подальшої передачі більш високу щабель (функції датчиків), соціальній та прийомі управляючих сигналів і у виконанні відповідних дій (функції виконавчих механизмов).

Середній рівень — рівень виробничого ділянки. Його функції: — збирати інформацію, котра надходить з нижнього рівня, її обробка і збереження; - вироблення управляючих сигналів з урахуванням аналізу інформації; - передача інформації про виробничому ділянці більш високий уровень.

Верхній рівень у системі автоматизації займає т.зв. рівень управління. У цьому рівні здійснюється контролю над виробництвом продукції. Цей процес відбувається включає у собі збір вступників з виробничих ділянок даних, їх накопичення, обробку та видачу керівних директив нижнім східцях. Атрибутом цього гатунку є центр управління виробництвом, котрі можуть складатися з трьох взаимопроникающих частин: 1) операторською частини, 2) системи підготовки звітів, 3) системи аналізу тенденций.

Операторська частина відпо-відає зв’язок між оператором і процесом на рівні управління. Вона видає інформацію про судовий процес і дозволяє у разі необхідності втручання хід автоматичного управління. Забезпечує діалог між системою та операторами.

Система підготовки звітів виводить на екрани, принтери, в архіви і т.д. інформацію про технологічних параметрах із зазначенням точний час виміру, видає даних про матеріальному і енергетичному балансі і др.

Система аналізу тенденцій дає оператору можливість контролю над технологічним параметрами і робити відповідні выводы.

На верхньому рівні АСУ ТП розміщені потужні комп’ютери, виконують функції серверів баз даних, і робочих станцій та щоб забезпечити аналіз політики та зберігання всієї що надійшла інформації будь-яку поставлене інтервал часу. а також візуалізацію інформації та взаємодію Космосу з оператором. Основою програмного забезпечення вырхнего рівня є пакети SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition — системи управління і доступу до данным).

2. Устрою зв’язки Польщі з об'єктом (УСО).

Майже всі технологічні параметри, наявні у реальному технологічному об'єкті. мають аналоговий чи дискретний вид. Існує багато датчиків, що потенційно можуть перетворювати обчислювані величини лише у аналоговий вид (напруга, опір, тиск), і навіть багато виконавчих механізмів, що мають тільки аналогові вхідні сигнали. Для здобуття права зв’язати між собою параметри, представлені у аналоговому і цифровому видах, у сучасній АСУТП використовують устрою зв’язку объектом.

Модулі ІНТЕРФЕЙС — це конструктивно закінчені устрою, виконані вигляді модулів, встановлюваних, зазвичай, на спеціалізовані плати з клеммными соединителями чи стандартний DIN-рельс.

На ІНТЕРФЕЙС покладаються такі функції: 1) Нормалізація аналогового сигналу, тобто. приведення кордонів шкали первинного безперервного сигналу до жодного з стандартних діапазонів вхідних сигналів АЦП. 2) Попередня низькочастотна фільтрація аналогового сигналу — обмеження смуги частот первинного безперервного сигналу із метою зниження впливу результат виміру перешкод різного походження. 3) Забезпечення гальванічної ізоляції між джерелами сигналу і каналами системы.

Крім зазначених функцій ряд ІНТЕРФЕЙС може виконувати складніші функції за рахунок наявності в складі АЦП, дискретного вводу-виводу, мікропроцесора і інтерфейсів передачі данных.

За характером оброблюваного сигналу ІНТЕРФЕЙС можна розділити на аналогові, дискретні і цифровые.

Аналогові ІНТЕРФЕЙС (аналого-цифровые перетворювачі АЦП, цифроаналогові перетворювачі ЦАП та інших.) повинні мати великий точністю, лінійністю та очі великою напругою изоляции.

Дискретні ІНТЕРФЕЙС забезпечують опитування датчиків з релейним виходом, вимикачів, контролю наявності напруги у мережі тощо., а вихідні дискретні ІНТЕРФЕЙС формують сигнали керувати пускателями, двигунами і іншими пристроями. Дискретні ІНТЕРФЕЙС задовольняють тим самим вимогам, що і аналогові, але, ще, мають мінімальним часом перемикання, а вихідні можуть забезпечувати комутацію вищих струмів і напряжений.

Серед модулів ІНТЕРФЕЙС є й устрою, працюючі тільки з цифровий інформацією. До них належать комунікаційні модулі, призначені для мережного взаємодії (наприклад, повторювачі для збільшення протяжності лінії зв’язку, перетворювачі інтерфейсів RS-232/RS- 485).

По напрямку проходження даних модулі ІНТЕРФЕЙС можна розділити втричі типу: 1) устрою введення, щоб забезпечити передачу сигналів датчиків; 2) устрою виведення на формування сигналів на виконавчі механізми; 3) двунаправленные.

У реальних системах модулі ІНТЕРФЕЙС можуть бути присутнім на вигляді самостійних пристроїв, а входити до складу датчиків (у разі датчики називають інтелектуальними) чи промислових комп’ютерів. Прикладом можуть бути датчики, котрі видають готовий цифровий сигнал. у разі межа між первинним перетворювачем і ІНТЕРФЕЙС проходить десь всередині датчика. З іншого боку, ІНТЕРФЕЙС може бути виконано як АЦП/ЦАП-плат, вставляемых в стандартні ISA чи PCI слоты комп’ютера. І тут аналогові сигнали можуть бути запущені просто у комп’ютер, що й перетворюються на цифровий вид.

3. Апаратна і програмна платформа контроллеров.

Промислові контролери і комп’ютери. розташовані на посередньо рівні АСУТП грають роль управляючих елементів. приймаючих цифрову інформації і передавальних управляючі сигналы.

До того роль контролерів в АСУТП переважно виконували PLC (Programmable Logic Controller — программируемые логічні контролери) вітчизняного виробництва. Найпопулярніші нашій країні PLC таких іноземних виробників, як Allen-Braidly, Siemens, ABB, Modicon, і навіть вітчизняні моделі: «Ломиконт», «Ремиконт», Ш-711, «Микродат», «Эмикон» і др.

У зв’язку з бурхливим зростанням виробництва мініатюрних РС-совместимых комп’ютерів останні дедалі частіше почали використовувати як контроллеров.

Перше і головне перевагу РС-контроллеров пов’язане з їхнім открытотью, що дозволяє запровадити у АСУ устаткування різних фірм. Тепер користувач не прив’язаний до конкретного производителю.

Друга важлива перевагу їх залежить від більш «родинних» зв’язках із комп’ютерами верхнього рівня. Через війну зайві додаткові видатки підготовку персонала.

Третє перевагу — вища надійність. Зазвичай розрізняють фізичну й програмну надійність контролерів. Під фізичної надійністю розуміють здатність апаратури стійко функціонувати у умовах довкілля промислового цехи і протистояти її шкідливому впливу. Під програмної розуміється здатність програмного забезпечення (ПО) стійко функціонувати у ситуаціях, потребують реакції в заданий час. Програмна надійність визначається першу чергу ступенем налагодженості ПО. Оскільки у більшості РС-контроллеров використовуються комерційні поширені і добре налагоджені операційні системи (Windows, Unix, Linux, QNX та інших.), слід очікувати, що програмна надійність перевищить, ніж в PLC.

Операційні системи контролерів повинні задовольняти як вимогам відкритості, а й вимогам роботи у режимі реального часу, була компактна і мала змогу запуску з ПЗУ чи флеш-памяти.

4. Операційна система PC-контроллеров.

Операційна система контролерів має відповідати вимогам відкритості. Та не їм. Специфіка умов праці контролерів вимагає, щоб ОС підтримувала роботу у режимі реального часу, була компактна і мав можливість запуску з ПЗУ чи флэш-памяти.

Для PC-контроллеров найкраще підходить операційна система QNX (фірма QSSL, Канада). Насамперед, це пов’язано з тим, що архітектура QNX є відкритої, модульної і легко модифицируемой. QNX може завантажуватися що з ПЗУ, флеш-пам'яті, і з допомогою віддаленій завантаження через мережу. QNX розроблено у відповідно до стандартів POSIX, є комерційної операційній системою, поширена світовому ринку (сотні тисяч продажів), підтримує все шини, використовувані в PC-контроллерах, включаючи ISA, PCI, CompactPCI, PC/104, VME, STD32. Понад сто фірм — виробників програмного і апаратного забезпечення випускають продукцію, орієнтовану на QNX.

QNX є операційній системою, що дає повну гарантію в тому, що із найвищим пріоритетом почне виконуватися практично негайно й що критичне подія (наприклад, сигнал тривоги) завжди буде оброблено. Вона відома як операційна система, функціонуюча в «захищеному режимі «. Це означає, що це програми у системі захищені друг від одного й будь-яка «фатальна «помилка на одній із програм не призводить до «краху «всієї системи. Файлова система QNX розробили з урахуванням забезпечення цілісності даних при відключеннях харчування. Навіть якби форсмажорному відключенні харчування ви лише втратите деякі дані з кешпам’яті, але файлова система має не зруйнується. Після включення комп’ютера буде забезпечена нормальна робота системи. У QNX повністю реалізовано вбудоване мережне взаємодія «точка-точка ». Фактично, мережа з машин QNX діє і як один потужний комп’ютер. Будь-які ресурси (модеми, диски, принтери) може бути додано до системи простим підключенням до будь-якої машині у мережі. QNX підтримує одночасну роботу у мережах Ethernet, Arcnet, Serial і Token Ring і відданість забезпечує більш як єдиний шлях для комунікації, і навіть баланс навантаження у мережах. Якщо кабель чи мережна плата ламаються і зв’язок припиняється, то система буде автоматично спрямовуватиме дані через іншу мережу. Це надає користувачеві автоматичну мережну надмірність збільшує швидкість і надійність комунікацій в усій системе.

5. Кошти технологічного програмування контроллеров.

Специфіка роботи з контролерами проти звичайними офісними комп’ютерами не тільки в орієнтації працювати з платами введеннявиведення, а й у переважному використанні мов технологічного програмування. Зазвичай, на промислових підприємствах, із контролерами працюють не програмісти, а технологи, добре знають специфіку об'єктів управління і технологічного процесу. Для описи процесів зазвичай використовуються такі мови, як мову релейно-контактных схем, функціональних блоків тощо, теоретичні основи яких взяті з методів автоматичного управління. Нагромаджений багатьма фірмами досвід був узагальнено в вигляді стандарту IEC 1131−3 [1], де визначено п’ятьох мов програмування контролерів: SFC — послідовних функціональних схем, LD — релейних діаграм, FBD — функціональних блокових діаграм, ST — структурованого тексту, IL — інструкцій. Важливо, що використання даного стандарту цілком відповідає концепції відкритих систем, саме, робить програму для контролера незалежної від конкретного устаткування — ні від типу процесора, ні від ОС, ні від плат вводу-виводу. Нині програми багатьох фірм підтримують цей стандарт: ACCONProsys 1131 (фірма DeltaLogic), Open DK (фірма infoteam Software Gmb), Multiprog (фірма KW Software), NAiS Control (Matsushita Automation Controls) та інших. Найвідоміша реалізацією цього стандарту є пакет ISaGRAF фірми CJ International, до складу якого систему розробки (WorkBench) і системи виконання (Target).

Якщо перша використовується до створення, моделювання, тестування і документування прикладних програм, виконуваних під керівництвом ядра ISaGRAF, то друга завантажується ззовні або записується в ПЗУ. За даними організації PLCopen, нині програма, за допомогою ISaGRAF, то, можливо завантажена і виконана на процесорах Intel і Motorola під керівництвом операційними системами DOS, OS-9, QNX, iRMX, Lynx, pSOS, OS- 9000, VMEexec, VRTX, VxWorks, Windows NT. Основними достоїнствами ISaGRAF є простий, інтуїтивно зрозумілий для технолога графічний інтерфейс, вбудовані кошти налагодження, моделювання, тестування і документування програм, підтримка промислових мереж (Profibus, Modbus).

6. Приклад реалізації контроллеров.

Як приклад контролера, побудованого з урахуванням концепції відкритих систем розглянемо контролер CS104 фірми Steinhoff. Це компактний, модульний і PC-совместимый комп’ютер, котрі можуть комплектуватися устаткуванням будь-який фірми, що поставляє плати в форматі PC/104, зокрема плати виводу-введення-висновку, жорсткі чи гнучкі диски, PC-карты, флеш-пам'ять тощо. буд. Базовий комплект контролера фірми Steinhoff: процесорний модуль, до складу якого сам процесор, 4-Мбайт динамічний ОЗУ, інтерфейси для клавіатури, миші, два послідовних і тільки паралельний порт, IDE/FDD, 128-Kбайт флеш-пам'яті, таймер реального часу, сторожовий таймер, Ethernet. Для ОС QNX забезпечується віддалена завантаження через мережу. По розсуду користувача контролер CS104 то, можливо укомплектований однією з наступних інтерфейсів для промислових мереж: Profibus, CAN, InterBus-S, LonWorks, II/O Lightbus, до кожного у тому числі поставляються драйвери, працюють у QNX. Для технологічного програмування використовується пакет ISaGRAF з позицій виконавчої системою для ОС QNX. Така архітектура ПО дозволяє на працюючої системі здійснювати глухе програмування (на технологічних мовами IL, ST, FB, SFC, LD) і налагодження в захищеному режимі елементів докладання, обслуговуючих окремі 32-разрядные завдання робітничого процесу, який гарантує високій надійності роботи системи в целом.

Взаємодія зі SCADA-системами забезпечують драйвери для кількох пакетів, як-от RealFlex, Sitex та інших. [2]. Отже, контролер CS104 дозволяє побудова системи АСУ ТП з допомогою стандартних компонентів, що має модульностью і масштабністю, т. е. повною мірою відповідну концепції відкритих систем.

Література 1. Куркулів М. В. Технічні вимірювання, і прилади для хімічних виробництв. М.: Машинобудування, 1983. — 424 з. 2. Нікітенко Е.А. автоматизація та телеконтроль електрохімічної захистом магістральних газопроводів. М.: Надра, 1976. 3. Полоцький Л., Лапшенков Г.І. Автоматизація хімічних виробництв. Учеб. пособ. -М.: Хімія, 1982. — 296 з. 4. Теорія автоматичного управління / Під ред. Нетушила А. В. Ч.1. -М.: Высш. шк., 1968. 5. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теорія автоматичного регулювання. -М.: Наука, 1966. 6. Дадаян Л. Г. Автоматизація технологічних процесів: методичні вказівки до курсовому і дипломному проектування. -Уфа.: Вид-во УНИ, 1985. — 225 з. 7. Камразе О. Н., Фитерман М. Я. Контрольно-вимірювальні прилади й автоматика. Л.: Хімія, 1988. — 225 з. 8. Стефані Е. П. Основи побудови АСУТП: Учеб. пособ. -М.: Энергоиздат, 1982. -352 з. 9. Автоматичні прилади, регулятори та управляючі машини: Довідник /Під ред. Кошарского Б. Д. -Вид. 3-тє. -Л.: Машинобудування, 1976. -486 з. 10. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизація виробничих процесів у хімічній промисловості: Підручник. -М.: Хімія, 1985. -352 з. 11. Теорія автоматичного управління: Підручник. У 2-х частинах / Під ред. А. А. Воронова. -М.: Высш.шк., 1986. -Ч.1. — 367 з. — Ч.2. -504 з. 12. Аязян Г. К. Розрахунок автоматичних систем з типовими алгоритмами регулювання: Учеб. пособ. -Уфа.: Вид-во УНИ, 1986. -135 з. 13. Верьовкін О.П., Попков В. Ф. Технічні кошти автоматизації. Виконавчі устрою: Учеб. пособ. -Уфа.: Вид-во УНИ, 1996. -95 з. 14. ГОСТ 21.404−85. позначення умовні приладів та коштів автоматизації. 15. ГОСТ 21.408−93. Правила виконання робочої документації автоматизації технологічних процесів. 16. Кузнєцов А. SCADA-системы: програмістом можеш не бути.// СТА. -1996. -№ 1. -З. 32 — 35. 17. Кабаев З. SCADA-пакет InTouch у проектах.// Світ комп’ютерної автоматизації. -1997. -№ 2. — З. 88 — 90. 18. Христенсен Д. Знайомство зі стандартом мовами програмування PLC IEC 1131−3.// Світ комп’ютерної автоматизації. -1997. -№ 2. — З. 24 — 25.

З. Частина 1. Теорія Автоматичного Управління (ТАУ) 3 1. Основні терміни й універсального визначення ТАУ. 3.

1.1. Основні поняття. 3.

1.2. Класифікація АСР. 6.

1.3. Класифікація елементів автоматичних систем. 8 2. Характеристики і моделі елементів і систем. 8.

2.1. Основні моделі. 8.

2.2. Статичні характеристики. 9.

2.3. Динамічні характеристики. 10.

2.4. Диференціальні рівняння. Линеаризация. 11.

2.5. Перетворення Лапласа. 13.

2.6. Передавальні функції. 16.

2.6.1 Визначення передавальної функції. 16.

2.6.2 Приклади типових ланок. 17.

2.6.3 Сполуки ланок. 19.

2.6.4 Передавальні функції АСР. 20.

2.6.5 Визначення параметрів передавальної функції об'єкта по перехідною кривою. 21.

2.7. Частотні характеристики. 22.

2.7.1 Визначення частотних характеристик. 22.

2.7.2 Логарифмічні частотні характеристики. 24 3. Якість процесів управління. 25.

3.1. Критерії стійкості. 25.

3.1.1 Стійкість. 25.

3.1.2 Кореневої критерій. 26.

3.1.3 Критерій Стодолы. 27.

3.1.4 Критерій Гурвіца. 27.

3.1.5 Критерій Михайлова. 29.

3.1.6 Критерій Найквиста. 29.

3.2. Показники якості 30.

3.2.1 Прямі показники якості. 30.

3.2.2 Кореневі показники якості. 31.

3.2.3 Частотні показники якості. 31.

3.2.4 Зв’язки між показниками якості. 32 4. Налаштування регуляторів. 32.

4.1. Типи регуляторів. 32.

4.2. Визначення оптимальних настройок регуляторів. 33.

Часть 2. Кошти автоматизації та управління. 35 1. Вимірювання технологічних параметрів. 35.

1.1. Державну систему приладів (ДСП). 35.

1.2. Точність перетворення інформації. 35.

1.3. Класифікація КВП. 37.

1.4. Види первинних перетворювачів. 37.

1.5. Методи і прилади для виміру температури. 38.

1.5.1 Класифікація термометрів. 38.

1.5.2 Термометри розширення. Рідкі скляні. 38.

1.5.3 Термометри, засновані на розширенні твердих тіл. 39.

1.5.4 Газові манометрические термометри. 39.

1.5.5 Рідкі манометрические термометри. 40.

1.5.6 Конденсаційні манометрические термометри. 40.

1.5.7 Електричні термометри. 40.

1.5.8 Термометри опору. 42.

1.5.9 Пірометри випромінювання. 42.

1.5.10 Колірні пірометри. 43.

1.6. Побічні прилади для виміру різниці потенціалів. 43.

1.6.1 Пирометрические милливольтметры. 43.

1.6.2 Потенциометры. 44.

1.6.3 Автоматичні електричні потенциометры. 44.

1.7. Методи виміру опору. 45.

1.8. Методи і прилади для вимірювань тиску і розрядження. 46.

1.8.1 Класифікація приладів для вимірювань тиску. 46.

1.8.2 Рідкі манометри. 47.

1.8.3 Чашкові манометри і дифманометры. 47.

1.8.4 Микроманометры. 48.

1.8.5 Пружинні манометри. 48.

1.8.6 Електричні манометры.

Перетворювачі тиску типу «Сапфір ». 48.

1.9. Методи і прилади для вимірювання витрати пара, газу та рідини. 50.

1.9.1 Класифікація. 50.

1.9.2 Метод змінного перепаду тиску. 51.

1.9.3 Витратоміри постійний перепад тиску. 52.

1.9.4 Витратоміри змінного рівня. 52.

1.9.5 Витратоміри швидкісного напору. 53.

1.10. Методи і прилади для виміру рівня. 53.

1.10.1 Методи виміру рівня. 53.

1.10.2 Поплавковый метод виміру рівня. 53.

1.10.3 Буйковые рівнеміри. 53.

1.10.4 Гідростатичні рівнеміри. 54.

1.10.5 Електричні методи виміру рівня. 54 2. Виконавчі устрою 55.

2.1. Класифікація виконавчих пристроїв 55.

2.2. Виконавчі устрою насосного типу 55.

2.3. Виконавчі устрою реологического типу 56.

2.4. Виконавчі устрою дроссельного типу 56.

2.5. Виконавчі механізми 57 3. Функціональні схеми автоматизації 58.

3.1. Умовні позначення 58.

3.2. Приклади побудови умовних позначень приладів та коштів автоматизації 60.

3.3. Приклади схем контролю температури 64.

3.4. Приклади схем контролю тиску 66.

3.5. Схеми контролю рівня життя та витрати 68.

Часть 3. Сучасні системи управління виробництвом 69 1. Структура АСУ ТП 69 2. Устрою через відкликання об'єктом (ІНТЕРФЕЙС). 70 3. Апаратна і програмна платформа контролерів 72 4. Операційна система PC-контроллеров 73 5. Кошти технологічного програмування контролерів 74 6. Приклад реалізації контролерів 75.

Литература

76.

———————————- шкаф.

ЭУ.

Д.

Н.

~ U.

АТ.

R.

RT.

Rзад.

Rзад.

М.

ЭУ.

Д.

АТ.

Н.

Rт.

Х.

Y (температура).

(задание).

Р.

ОУ.

x.

e.

u.

y.

f.

объект.

Р.

ОУ.

x.

e.

u.

f.

y.

К.

ОУ.

f.

u.

Р.

ОУ.

x.

e.

u.

f.

К.

у.

звено.

X.

F.

Y.

у, (С.

ууст.

t.

t.

x.

t.

x.

t.

x.

t.

x.

Т.

U.

U0.

Т0.

объект.

модель К.

у.

t.

у.

t.

у.

t.

[pic].

у.

t.

у.

t.

К.

y.

t.

K.x0.

T1< 2T2.

T1(2T2.

W1.

W2.

W3.

W1.

W2.

W3.

W1.

W2.

Wp.

Wy.

x.

e.

u.

y.

f.

W (.

х у.

у.

ууст.

t.

T.

(.

(д.

х.

у.

Re.

Im.

(t.

x.

y.

(.

Re.

Im.

K.

L (().

(.

0,01.

0,1.

— 20.

декада.

R.

C.

Uвх.

Uвых.

L (().

(.

0,01.

0,1.

— 20.

— 20 дБ/дек.

(((), (.

(.

0,01.

0,1.

— 90.

L (().

(.

0,01.

0,1.

— 20.

+20 дБ/дек.

(((), (.

(.

0,01.

0,1.

— 90.

R.

L.

Uвх.

Uвых С.

L.

Uвх.

Uвых.

L.

С.

L (().

(.

0,01.

0,1.

— 20.

(((), (.

(.

0,01.

0,1.

— 90.

оператор

Р.

ОУ.

РТ.

задание.

воздействие.

U.

температура.

показання термометра.

Рис. 1.2.

х1 у х2.

Рис. 1.6.

ууст х.

Рис. 1.12.

а) одиничне ступенчатое.

б) (-функция.

(дельта-функция, импульс).

в) линейное.

р) синусоидальное (гармоническое).

Рис. 1.13.

х у.

х у.

х у.

Re.

Im.

Wp.

Wy.

x.

e.

u.

y.

f.

Re.

Im.

уст.

неуст.

кордон уст.

Re.

Im.

— 1.

неуст.

уст.

Re.

Im.

((.

((.

— 1.

П.

И.

П.

Д.

[pic].

tp.

K0.

K1.

(опт Рис. 1.7.

Рис. 1.8.

Рис. 1.9.

Рис. 1.10.

Рис. 1.11.

Рис. 1.14.

Рис. 1.15.

Рис. 1.16.

Рис. 1.17.

Рис. 1.18.

Рис. 1.19.

Рис. 1.20.

Рис. 1.21.

Рис. 1.22.

Рис. 1.23.

Рис. 1.24.

Рис. 1.25.

Рис. 1.26.

Рис. 1.27.

Рис. 1.28.

Рис. 1.29.

Рис. 1.30.

Рис. 1.31.

Рис. 1.32.

Рис. 1.33.

Рис. 1.34.

Рис. 1.35.

Рис. 1.36.

Рис. 1.37.

Рис. 1.38.

Рис. 1.39.

Рис. 1.40.

Рис. 1.41.

Рис. 1.42.

Рис. 1.43.

А.

t0.

t.

В.

Є, мВ.

t, (С.

ТХК.

ТХА.

ТВР.

ТПГ.

ТПР.

НП.

?U.

А В.

RАВ Е (t t0).

D.

ИПС.

УЭД.

Rк.

Rб.

Rс.

Rн.

Rм.

Rр

Rш.

Rп А.

В С.

D.

Е.

ИП.

УЭД.

R3.

Rб.

R2.

R4.

R1.

Rр

Rш.

Rп А.

В С.

D.

Rл.

Rл.

Rт объект улица.

в операторской.

Rт.

R1.

R4.

Rл.

Rл.

Rл В.

Рбар Ра Р1.

Р2.

Ра.

h.

Рбар Н.

Ра.

(.

L.

h.

Р.

[pic].

Р1.

Р2.

Р.

I.

I.

II.

II.

Рп.

ДМ Т.

Д.

Q.

Н.

(.

Qвх.

Qвых.

Р.

ИМ.

РО.

u.

Хр Рвх Рвых.

F.

Рис. 2.24 — шестеренчатый насос.

F.

Рис. 2.25 — шиберный насос.

преобразователь.

РО.

u.

Рвх Рвых.

ИМ.

РО.

u.

Сi.

Рвх Рвых Рu.

Рис. 2.1.

Рис. 2.2 — Градуировочные характеристики термопар

Рис. 2.3.

Рис. 2.4.

Рис. 2.5.

Рис. 2.6.

Рис. 2.7.

Рис. 2.8.

Рис. 2.9.

Рис. 2.10.

Рис. 2.11.

Рис. 2.12.

Рис. 2.13.

Рис. 2.14.

Рис. 2.15.

Рис. 2.16.

Рис. 2.17.

Рис. 2.18.

Рис. 2.19.

Рис. 2.20.

Рис. 2.21.

Рис. 2.22.

Рис. 2.23.

Рис. 2.26.

Рис. 2.27.

Рис. 2.28.

Рис. 2.29.

далі аналогично.

FE.

302−1.

далі аналогично.

на щиті по месту.

FT.

301−2.

FE.

301−1.

205−6.

РА.

205−5.

205−4.

Объект.

РC.

205−3.

РIRK.

205−2.

РT.

205−1.

на щиті по месту.

РIR.

204−2.

РТ.

204−1.

на щиті по месту.

203−4.

Объект.

РC.

203−3.

РIRK.

203−2.

РT.

203−1.

на щиті по месту.

202−3.

РА.

202−2.

Объект.

РТ.

202−1.

на щиті по месту Объект.

РE.

201−1.

104−3.

104−4.

TIRCA.

104−2.

Объект.

TE.

104−1.

на щиті по месту.

103−3.

Объект.

TIC.

103−2.

TE.

103−1.

на щиті по месту Объект.

TC.

102−5.

E/E.

TT.

102−2.

E/Р.

TIRK.

102−4.

TT.

102−3.

TE.

102−1.

на щиті по месту.

E/E.

TIR.

101−3.

TT.

101−2.

TE.

101−1.

на щиті по месту.

HS.

HA.

H.

NS.

FY.

K.

PY.

P/E.

TY.

E/E.

BS.

WIA.

VI.

UR.

U=f (F, P, T).

SR.

QRC.

H2SO4.

RIA.

(,(.

QI.

O2.

QE.

pH.

MR.

KS.

EI.

W.

EI.

A.

V.

EI.

EI.

GI.

DT.

H.

L.

LIA.

H.

LCS.

LT.

LS.

LI.

LE.

FQIS.

FQI.

FQI.

FT.

FFR.

FT.

FE.

PC.

PS.

PIS.

PR.

PT.

PDI.

PI.

HC.

HC.

TS.

TC.

TRK.

TC.

TRC.

TIR.

TT.

TR.

TI.

TI.

TE.

г) в).

б) а).

д).

Рис. 2.30.

Т.

S.

S.

а) б) м) буд) е).

Рис. 2.31.

Рис. 2.32.

Рис. 2.33.

Рис. 2.34.

Рис. 2.35.

Рис. 2.36.

Рис. 2.37.

Рис. 2.38.

Рис. 2.39.

Рис. 2.40.

Рис. 2.41.

объект датчики исполнительные механизмы.

УСО.

контролери, регуляторы.

АРМ опрератора.

обчислювальна мережу предприятия Нижний уровень Уровень виробничого участка.

Рівень управління производством.

Рис. 3.1.