Изображение схем автоматизации по ГОСТ 21.404-85

В в е д е н и е

Развитие рыночной экономики обострило конкуренцию между това­ропроизводителями, что потребовало существенного улучшения качест­ва продукции и снижения материально-энергетических затрат на про­изводство. Решение этой проблемы основано на применении принципиально новых технологий, коренного совершенствования информационного обеспечения технологического процесса и систем автоматизации.

Эволюция систем автоматизации сложных технологических объектов выявила необходимость применения АСУ ТП, которые основаны на ис­пользовании микропроцессорной техники и методов информатики. Бо­лее простые агрегаты оснащаются локальными системами защиты, бло­кировки, контроля и регулирования отдельных параметров. Используе­мая для реализации этих узлов современная аппаратура отличается от ранее выпускаемой новой элементной базой, стала многофункциональ­ной, малогабаритной и более надежной.

За последние три-четыре года практически полностью обновилась номенклатура средств автоматизации, выпускаемых основными приборостроительными предприятиями России- ОАО «МЗТА» и ОА «Манометр» (г.Москва), завод «ЭТАЛОН» (г.Омск), ПО «ТЕПЛОКОНТРОЛЬ» (г.Казань), АО «ВИБРАТОР», концерн «МЕТРАН» (г.Челябинск) и другими. Начат выпуск приборов по лицензиям иностранных фирм. При создании сложных двух- и трехуровневых АСУ ТП используется надежная аппаратура, поставляемая фирмами «СИМЕНС» (ФРГ), «АДВЕНТИШ» (США) и некоторыми другими.

В учебном пособии представлены справочные данные о современных средствах автоматизации, собранные путем анализа каталогов и проспектов, указанных приборостроительных предприятий и иностранных фирм за 1998- 2000 гг. На конкретных примерах показано использование новой аппаратуры при решении задач контроля и управления технологическими процессами.

В основных разделах настоящего пособия приводятся сведения, необходимые студентам при изучении основ теории управления, выпол­нении исследований систем регулирования и проектирование систем автоматизации с использованием отечественных и мировых стандартов. Описаны системы автоматизации многих агрегатов черной и цветной ме­таллургии. Изложены методики курсового проектирования и выполнения раздела "Автоматика" в дипломных работах.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕмАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Основные понятия и определения теорий автоматического управления

Под автоматизацией понимается применение технических средств и информационных технологий, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в решении различных задач контроля и управления [1 – 5].

Комплексы технических средств, позволяющие реализовать рас­сматриваемые задачи, называются системами автоматизации. Их мож­но подразделить на системы дистанционного управления исполнитель­ными устройствами, системы обеспечения безопасности, системы ав­томатического контроля и регулирования отдельных параметров. При­меняются также термины "система управления агрегатом", "система управления технологическим процессом", "система управления теп­ловым режимом печи" и т.п.

Сложные системы автоматизации, основанные на применении микропроцессорной техники, экспертных систем и элементов искусствен­ного интеллекта, называют автоматизированными системами управ­ления (АСУ.). Они подразделяются на АСУ технологическими процес­сами или объектами (АСУ ТП) и АСУ предприятиями или производст­вами (АСУП).

Средства автоматизации, используемые для управления техноло­гическими процессами и агрегатами, можно объединить в две группы:

- технические средства информационного обеспечения, к которым относятся измерительные преобразователи ("датчики"), устройства преобразования, первичной обработки, отображения и хранения соби­раемых исходных данных;

- основные средства автоматизации - регуляторы, устройства оперативного управления (задатчики, блоки ручного управления, индикаторы положения исполнительного механизма), преобразователи командных сигналов, программируемые микроконтроллеры, исполни­тельные устройства и другие.

Основными узлами многих способов управления технологическими процессами и агрегатами являются системы автоматического регули­рования (САР), блок-схема которых и анализируемые переменные ука­заны на рис. 1.

К основным элементам системы относятся "Объект" (технологи­ческий процесс или агрегат) и "Регулятор" (комплекс основных средств автоматизации). Для определения знака и величины сигнала рассогласования системы e (t) =U(t) - Х(t), называемого так­же "динамической ошибкой регулирования", используется элемент сравнения

(ЭС), который обычно встраивается в регулирующее уст­ройство.

Рис.1 Блок-схема системы автоматического регулирования: X(t) - регулируемый (выходной) показатель; U(t) - управляющее (задающее) воздействие; e(t) - сигнал рассогласования системы; Y(t) -регулирующее воздействие; Z(t) - неконтролируемые возмущения; F(t) -закон регулирования.

Регулирование, т.е. требуемое влияние на выходной показа­тель Х(t) осуществляется путем изменения подачи к "Объекту" энергии или материалов с помощью регулирующего органа (РО) - кла­пана, шибера, преобразователя электрической энергии и т.п. Следо­вательно, по существу, регулирование сводится к нужному и своевре­менному воздействию на тепловой или материальный баланс технологического агрегата. Этим объясняется ведущая роль теплотехников и технологов при постановке задач управления.

Величина и характер воздействия на "Oбъект" определяются выб­ранным законом регулирования F(р), который может быть представлен линейным или нелинейным уравнением. В зависимос­ти от этого регулирующие устройства подразделяются на аналоговые (непрерывно действующие, реализующие П-, ПИ- или ПИД- закон регу­лирования) и релейные (дискретного действия, реализующие Р_п - законы регулирования).

Равновесное состояние системы называется статикой, а переход­ные режимы - динамикой. Переходные процессы возникают приизмене­нии влияния на систему внешних воздействий - Z(t) или U(t).

При устранении отрицательного влияния на состояние системы неконтролируемых возмущений Z(t), условно показанных в виде воздействия на «Объект» (рис.1), система работает в режиме стабилизации, возвращая выходной показатель Х(t) к прежнему значению.

Если технологами, заданной программой или по другим причинам изменяется величина U(t), то система начинает работать в режиме слежения, обеспечивая требуемое изменение выходного показателя Х(t). В таком режиме работают системы регулирования соотношения "топливо - воздух", системы программного управления режимом термо­обработки и все автоматические контрольно-измерительные приборы.

Рассматриваемые системы автоматического регулирования отно­сятся к классу "информационных", так как их функционирование ос­новано на анализе собираемой информации о динамике изменения вы­ходного показателя Х(t). Характерной особенностью таких систем является замкнутость контура управления через "Объект", что поз­воляет учитывать влияние на систему любых неконтролируемых возму­щений и других переменных факторов.

Недостатки такого принципа управления заключаются втом, что регулирование не может быть абсолютно точным, так как система на­чинает функционировать лишь при появлении определенной динамичес­кой ошибки e(t), а возникающие переходные процессы при непра­вильно выбранном законе регулирования становятся неустойчивыми, когда величина Х(t) выходит за допустимые пределы или возникают незатухающие колебания.

При правильно выбранном законе регулирования переходные про­цессы в системе заканчиваются стабилизацией величины Х(t). Такие переходные процессы и системы называют устойчивыми.

Задачи выбора нужного закона регулирования и анализа работы систем методами математического моделирования основаны на приме­нении концепции опорно-возмущенного движения, которая была предло­жена А.К.Ляпуновым [5]. В соответствии с этой концепцией измене­ние во времени любых переменных, в том числе и выходного показате­ля Х(t), может быть представлено двумя составляющими - функцией Х(t), характеризующей базовое (опорное) состояние регулируемого процесса, и функцией возмущенного движения х(t), которая отражает динамику отклонений переменной от базового значения. Поскольку при регулировании такие отклонения невелики, то для математического описания возмущенного движения пригодны обычные дифференциальные уравнения и линеаризованные зависимости, что существенно упрощает решение задач методами математического моделирования.

Модели, предназначенные для решения задач управления, могут быть представлены определенными сочетаниями динамических звеньев. Создание и использование таких моделей основано на следующих предпосылках.

1. Динамическое звено – это условное представление одной математической зависимости, с помощью, которой можно описать переходный процесс в отдельной части системы. Количество и разновидности используемых звеньев определяются назначением системы и динамическими свойствами ее основных элементов.

2. Принято, что звено отражает динамику передачи воздействия только в одну сторону – от одного входа к одному выходу.

3. Если необходимо учитывать влияние выхода на вход, как это обычно бывает, то применяется обратная связь, которая может быть отрицательной или положительной, постоянно действующей («жесткой») или же постепенно исчезающей к концу переходного процесса («гибкой»).

4. При алгебраическом сложении передаваемых в системе сигналов используется принцип суперпозиций (результирующий эффект равен сумме эффектов отдельных воздействий), что справедливо лишь для линейных систем.

5. Система расчленяется на отдельные динамические звенья так, чтобы они могли описывать переходные процессы с помощью дифференциальных уравнений не выше второго порядка. Такое уравнение принято записывать в следующем виде:

Т²_{2 +} Т_{1 +} х(t)=К[T ₊у(t)],

где К – коэффициент передачи звена; Т_i – постоянные времени звена.

Напомним, что левая часть уравнения характеризует реакцию звена на входное воздействие, т.е. описывает переходный процесс, а правая часть отражает, на что реагирует звено (на у(t), dy/dt или на то и другое).

6. Условная символическая форма записи дифференциальных уравнений, принятая при описании моделей, базируется на известных преобразованиях Фурье и Лапласа:

Х(jw)= и X(p)= .

Здесь х(t) -оригинал функции (действительная переменная); Х(jw) и Х(p) -изображения величины х(t) (функции комп­лексных переменных); p – независимая переменная (оператор дифференцирования); w - угловая частота, рад/с (независимая переменная); j -символ мнимой части комплексного числа (j² = -I).

Преобразования Фурье и Лапласа аналогичны, что позволяет при расчетах переходить от одной функции комплексной переменной Х(р) к другой Х(jw) путем замены р на jw.

Другое формальное правило используется при переходе от обычной формы записи дифференциальных уравнений к символической, основан­ной на применении следующих замен:

, и .

Применив это правило к рассматриваемому дифференциальному уравнению второго порядка, получим

Т²₂ ×р²Х(р) + Т₁ ×рХ(р) + Х(р)=К[T^. pУ(р)+У(р)].

Если вынести переменные за скобки и затем перенести их в левую часть уравнения, то будем иметь

Х(р)[Т²₂ × р² + Т₁ × р+1]=У(р)К(Т ^. р+1) и

Х(р)/ У(р)=К(Т ^. р+1)/ (Т²₂ ×р² + Т₁ × р+1).

Отношение изображения выходной переменной Х(р) к изображению входной переменной У(р) называется передаточной функцией динами­ческого звена и обозначается символом W(р). Для рассматриваемого динамического звена

Следовательно, передаточная функция W(р) - это символическое обозначение дифференциального уравнения или другой зависимости, которые описывают реакцию конкретного динамического звена на любое входное воздействие.

Кривые переходного процесса х(t), которые отражают реакцию звена на ступенчатое воздействие DY, называют временными характеристиками. Если для расчетов используется единичное ступенчатое воздействие DY=I(t), то полученную кривую называют переходной функцией и обозначают символом h(t).

Звенья, у которых при использовании ступенчатого воздействия DY переходный процесс завершается отклонением выходного показа­теля на постоянную величину DХ, относятся к типу статических. У таких звеньев условия нового устойчивого состояния характери­зуются значением коэффициента передачи К =DХ/DY. Звенья, у которых такой зависимости нет, называются астатическими.

Реакция звена на гармоническое воздействие оценивается час­тотными характеристиками, А(w), j (w) и W(jw), связанными за­висимостью

W(jw)= А(w) ^. е ^{- j j (w)},

где W(jw) - частотная передаточная функция, или амплитудная фазо­вая характеристика (функция комплексного переменного); А(w) - амплитудно-частотная характеристика (модуль комплекс­ной переменной); j (w) -фазочастотная характеристика (аргумент комплексной переменной); w - угловая частота, рад/с (независимая переменная).

Для графического представления амплитудной фазовой характерис­тики W(jw) используется плоскость комплексного переменного с координатами “Re” и “jIm”. На таком графике изображается годог­раф - кривая, которая отражает перемещение конца вектора W(jw) при изменении угловой частоты w от нуля до бесконечности. Го­дографы строятся по результатам расчета.

При построении моделей используется три типа соединений дина­мических звеньев - последовательное, параллельное и встречно-па­раллельное (охват звена обратной связью). Формулы для расчета передаточных функций цепочек звеньев приведены в табл.1.

При решении инженерных задач принято использовать типовые динамические звенья (табл.2) и типовые модели основных элементов систем автоматического регулирования.

Применяемые для расчетов типовые модели объектов управления имеют однотипную структуру в виде последовательного соединения двух динамических звеньев (рис.2). Первым стоит «звено чистого запаздывания» с передаточной функцией W_зп(p)=exp(-p×t_об). В качестве второго звена используется "апериодическое звено перво­го порядка" с передаточной функцией W(р)=К_об /(Т_обР + I) или же "интегрирующее звено" с передаточной функцией W(р)= I/(Т_и р).

Первый тип модели характеризует динамические свойства стати­ческих объектов, называемых иногда "объектами с самовыравниванием" (рис.2). Такими свойствами обладает большинство технологичес­ких процессов и агрегатов. Модели второго типа описывают свойства астатических объектов ("без самовыравнивания"). К ним можно от­нести емкости, расход жидкости из которых не зависит от ее уровня, и некоторые другие.

Следовательно, для исследования систем автоматизации технологических процессов и агрегатов наиболее пригодна модель объекта с передаточной функцией

W _об(р)= ^. е ^{- рt} об,

где К_об - коэффициент передачи объекта, который характеризует ус­ловия завершения переходного процесса отношением DХ/DУ и поэтому единица измерения коэффициента передачи объекта [К _об = [единица измерения Х]/[процент хода исполнительно­го механизма], например [К_об]= ⁰С/ % хода ИМ; Т_об - постоянная времени объекта, характеризующая его инерционность и измеряемая в секундах; t_об - постоянная времени запаздывания объекта - интервал вре­мени в секундах, который отражает принятое при моделиро­вании "чистое запаздывание" реакции объекта на входное воздействие (рис.2).

В этом случае единица измерения передаточной функции объекта

[W_об(p)] = [X] /% хода ИМ.

При автоматизации технологических процессов обычно применяют аналоговые регуляторы, которые реализуют пропорциональный (П-), пропорционально - интегральный (ПИ-) и пропорционально - интегрально-дифференциальный (ПИД-)законы регулирования, а также релейные Рп - законы регулирования (двух- или трехпозиционный).

В качестве моделей аналоговых регуляторов используются типо­вые динамические звенья (табл.2), свойства которых описываются следующими передаточными функциями:

· для П- регулятора Wp(р) = Кр;

· для ПИ- регулятора Wp (р) = Кр(1 + I/(Tизр));

· для ПИД – регулятора Wp (р) = Кр(1 + I/(Tизр) + Тпр).

Здесь Kp – коэффициент передачи регулятора; Тиз -время изодрома;

Тп – время предварения. Эти величины являются параметрами настройки указанных регуляторов.

Единица измерения передаточной функции регулятора

[Wp(p)] = % хода ИМ / [X].

Регуляторы, также как и объекты, по своим свойствам делятся на статические (П-регулятор) и астатические (ПИ- и ПИД- регуляторы). Это следует учитывать при проектировании систем автоматического регулирования, так как их основные свойства зависят от выбранного регулятора, который является динамическим звеном в контуре обрат­ной связи (рис.1). Для управления астатическими объек­тами применимы только П- регуляторы, а также релейные РП – регулято­ры. Для управления статическими объектами пригодны любые регуля­торы.

На рис.3 показано преобразование блок-схемы системы (рис.3,а), отражающей используемый информационный принцип управления, в структуры моделей системы - исходную (рис. 3,б), при ра­боте системы в режиме слежения (рис. 3,в) и при работе в режиме стабилизации (рис. 3,г). Как уже отмечалось, при моделировании для обозначения действительных переменных X(τ), U(τ), У(τ) и Z(τ) применяются их изображения Х(р), U(р), У(р) и Z(р), а динамичес­кие свойства отдельных динамических звеньев указываются их переда­точными функциями W_i(р).

Таблица 1

Основные варианты соединений динамических звеньев

Варианты соединений	Структурные схемы соединений	Передаточная функция
X(p) Последова- тельное соединение		W(p)= (p)
X(p) Y(p) Wn(p) W2(p) W1(P) Параллельное соединение	+	W(p)= (p)
X(p) Y(p) Wос(p) W1(p) Охват звена отрицательной обратной связью	-	W(p)=
Статический объект	Астатический объект
X X DX t Tоб tоб Коб= где Wоб(p)= , Tи= где Wоб(p)= ,

Рис.2.Временные характеристики статического и астатического объектов управления, принятые структуры типовых моделей этих объектов и их передаточные функции

Для описания динамических свойств «Регулятора» можно использо­вать типовое звено с передаточной функцией W_p(р). Для составле­ния модели, описывающих свойства «Объекта», у которого два входа У(τ) и Z(τ), требуется не менее двух звеньев с передаточными функциями W_у(р) и W_Z(р), расположенных как показано на рис. 3,б.

При моделировании систем эффект влияния неконтролируемых возмущений Z(t) условно приводят к входу объекта, что позволяет оценивать возмущение в тех же единицах, что и регулирующее воздействие У(t), т.е. в процентах хода исполнительного механизма [%хода ИМ]. В этом случае динамические свойства объекта можно обозначать одним символом W_об(р), как это показано на рис. 3,в и 3,г.

Структура модели системы отражает как используемый принципуп­равления, так и решаемую задачу. При работе системы в режиме слеже­ния (рис.З,в) входным воздействием является величина U(р), а возму­щение Z(р) принимается постоянно действующим фактором, и поэтому его влияние на процесс регулирования не учитывается. Свойства такой системы, как цепочки динамических звеньев с отрицательной обратной связью при коэффициенте передачи К_оc=1, описываются передаточной функцией

Ф_u (р)= ,

где W(p) = W_p(p) ×W_об(p) - передаточная функция условно разомкнутой системы (величина безразмерная).

При работе системы в режиме стабилизации (рис.3,г) входным воз­действием является возмущение Z(р), а управляющее воздействие U(р) считается величиной постоянной, и поэтому его влияние на раз­витие переходного процесса не рассматривается. Динамические свойст­ва такой системы описываются передаточной функцией

Ф_Z(р)= .

Единица измерения этой функции X /% хода ИМ.

Кривые переходных процессов в системах слежения и стабилизации при использовании аналоговых регуляторов изображены на рис.4.

Для оценки качества регулирования принято использовать следующие количественные показатели переходного процесса (см.рис.4):

Х1 - максимальное динамическое отклонение регулируемой величины Х(t) от прежнего или нового заданного значения;

Х2 - максимальное динамическое отклонение величины Х(t) от преж­него или нового заданного значения с противоположным знаком по сравнению с Х₁ (такое отклонение называют "перерегулиро­ванием");

h - степень перерегулирования h =(100 Х2)/Х1, %;

DХ_ст - статическая (остаточная) ошибка в конце регулирования;

t_р – время регулирования – интервал времени от начала регулирования до момента, когда кривая Х(t) входит в пределы зоны нечувствительности регулирующего устройства 2e. Обычно при расчетах принимается, что 2e =0,1 Х1.

Качество регулирования определяется динамическими свойствами объекта управления, величиной внешнего воздействия (DZ или DU), выбранным законом регулирования и найденными параметрами настрой­ки регулятора. Влияние этих факторов на устойчивость системы и ка­чество регулирования изучается при исследовании систем автомати­ческого регулирования.

Исследование системы автоматического регулирования основано на последовательном решении трех задач - "идентификация объекта управ­ления", "синтез системы" и "анализ работы системы".

Под " идентификацией объекта управ­ления" понимается методика подбора модели, которая адекватно отражает динамические свойства конкретного объекта управления. Обычно используется методика структурно-метрической идентификации, основанная на подборе типовой модели по экспериментальным данным, которые характеризуют реакцию объекта на ступенчатое или гармоническое воздействие. Выбирается структура модели, а затем определяются численные значения ее параметров, как это показано на рис.2. Решение задачи завершается проверкой адекватности найденной модели.

Под "синтезом и анализом системы" понимается комплекс логико-математических операций, которые позволяют определить нужный за­кон регулирования, найти оптимальные параметры настройки регуля­тора и по рассчитанной кривой переходного процесса в системе оце­нить качество регулирования.

Для совместного решения задач синтеза и анализа систем автоматического регулирования предлагается информационная технология, ос­нованная на использовании компьютера и новых характеристик " пара ­ метрические области устойчивости конкретных систем автоматизации". Методика расчета таких характеристик по исходным данным о динами­ческих свойствах объекта управления, разработанная на кафедре "Теплофизика и информатика в металлургии", описана в работе [6]. При­менение новой информационной технологии при выполнении курсового проекта рассматривается в разд. 4.1 учебного пособия.

Рис.3.Пояснение методики преобразования блок-схемы системы автоматического регулирования (а) в структурные схемы моделей – исходную (б), при работе системы в режиме слежения(в) и при работе системы в режиме стабилизации (г).

Рис.4.Кривые переходного процесса в системе при использовании ПИ- или ПИД-регулятора (а)и при использовании П-регулятора (б):

1 - работа системы автоматического регулирования в режиме слежения;

2 - работа системы автоматического регулирования в режиме стабилизации.

К нелинейным относятся системы (рис.5), в структуре которых имеется хотя бы одно существенно нелинейное звено (НЗ), что требует особого подхода при использовании методов математического моделирования. Динамические свойства всех линейных элементов таких систем, включая объект управления, описываются одной эквивалентной функцией W_л(p).

В системах автоматизации технологических процессов нелинейными звеньями являются релейные регуляторы. Они по своим статических характеристикам подразделяются на двухпозиционные регуляторы, дей­ствующие по принципу "включено - выключено" (рис.6) и на трехпозиционные регуляторы, особенности режима работы которых пояснены на рис. 7.

Трехпозиционные регуляторы позволяют использовать не две, а три ступени подаваемой к объекту энергии. Например, нагревательные элементы электрической печи могут включаться "на треугольник", "на звезду" и обесточиваться. Такие регуляторы по реакции объекта на поданное воздействие, как это показано на рис.7, автоматически определяют нужный диапазон изменения энергии.

Если в качестве исполнительного устройства применяются магнитные или тиристорные пускатели, осуществляющие дискретное изменение подаваемой к объекту энергии, то такой регулирующий комплекс называется «релейным позиционным регулятором» (Р_п- регулятором).

При управлении тепловым режимом пламенных печей и некоторых других агрегатов дискретные командные сигналы У(e) подаются на синхронный электродвигатель, который плавно перемещает регулирую­щий орган, например клапан или заслонку, из одного заданного положения в другое. Такой комплекс аппаратуры называется "релейным регулятором с постоянной скоростью воздействия (Р_с- регулятором).

Все системы с релейными регуляторами из-за дискретностиподаваемой к объекту энергии работают в режиме стабильных автоколебаний. Лишь при условиях, которые отражены на рис.7,б, системы с трехпозиционным регулятором могут иногда находиться в режиме неустойчивого равновесия.

Качество автоколебательного процесса регулирования оценивается по совокупности следующих показателей (рис.6):

• диапазон колебаний регулируемой величины 2А_х;
• величина статической ошибки DХ_ст;
• период колебаний Т_х (или частота w_х=2p / Т_х, рад/с).

Статистическая ошибка DХ_ст=Х_зд - Х_ср появляется, когда среднее значение регулируемой величины Х_ср не равно заданному Х_зд. Это может быть обусловлено разными скоростями увеличения и уменьшения Х(t) или

особенностями работы трехпозиционного Р_п- регулятора.

Качество регулирования во многом определяется параметром настройки регулятора и величиной t_об, которая отражает динамические свойства объекта и измерительного преобразователя. Из-за этого за­паздывания регулятор реагирует не на фактическое изменение состоя­ния объекта Х_ф(t), а на ту информацию Х_и(t), которая поступает на вход регулятора по контуру обратной связи (см.рис.5). Так как эта информация отстает во времени от развития событий, то и регуля­тор действует с запаздыванием, а поэтому регулируемая величина Х(t) выходит за пределы зоны неоднозначности, как показана на рис.6 и 7.

Рис. 7. Анализ работы системы с трехпозиционным Рп- регулятором при разных сочетаниях требуемой и подаваемой к объекту энергии: а - С₁<С₀; б - С₁ = С₀; в - С₁<С₀<С_2; 2в - зоны неоднозначнос­ти;2e - зона нечувствительности (настройка регулятора); о - мо­менты срабатывания регулятора.

Релейные регуляторы отличается простотой и надежностью, а при правильном использовании обеспечивают требуемое качество регулиро­вания. Можно отметить, что влияние возмущений Z(t) слабо сказыва­ется на работу систем с релейными регуляторами, что является еще одним их положительным свойством.

Более подробно методы исследования линейных и нелинейных систем автоматического регулирования изложены в учебниках [1-5].

Изображение схем автоматизации по ГОСТ 21.404-85

Схемы автоматизации, называемые иногда "функциональными", яв­ляются основным чертежом, который дает полное представление о структуре системы, используемых средствах автоматизации и инфор­мационных связях между ними. Правила изображения таких схем опре­деляет ГOСТ 21.404-85 "Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах".

В верхней части чертежа, как это показано на рис.8, дается уп­рощенное изображение технологического объекта и тех устройств, ко­торые необходимы для осуществления технологического процесса (ос­новные трубопроводы, топливосжигающие устройства, вентиляторы, подвижные механизмы, преобразователи электрической энергии, регу­лирующие клапаны), а такие встраиваемые в трубопроводы диафрагмы или другие измерительные устройства расходомеров. На вертикальных линиях, которые идут от точек отбора импульса или первичного преоб­разователя, с помощью принятых условных графических обозначений (табл.3 и 4) указываются в нужной последовательности используемые средства автоматизации. Следует также указать верхние пределы контролируемых параметров, которые обычно на 20-30% выше заданных или допустимых значений.

Для обозначения измеряемых и регулируемых величин, а также вы­полняемых приборами функций (индикация, регистрация, регулирование и т.п.) принято использовать прописные буквы латинского алфавита (табл.5). В примечаниях к табл. 3 и 5 приведены дополнительные пояснения по правилам построения условного обозначения прибора, а также использованию отдельных буквенных обозначения.

При построении условного обозначения прибора в верхней половине его графического изображения (прим. к табл.3) проставляется не более пяти букв, которые указывают измеряемую или регулируемую величину (одна или две первые буквы) и выполняемые прибором функции (индикация (I), регистрация (R), управление или регулирование (С), переключение (S), сигнализация (А) или блокировка (Х)).

При этом необходимо выполнять следующие правила расположения букв:

· на первом месте всегда ставится буква "H", если выполняемая операция осуществляется вручную (ввод задания с использованием задатчика, ручное переключение при выборе режима работы системы или при дистанционном управлении и т.п.);

· функции, выполняемые прибором, обозначаются буквами в следующем порядке: I, R, C, S, А (указываются лишь те функции, которые используются в рассматриваемой системе).

В нижней половине условного изображения прибора указывается его цифровое позиционное обозначение на схеме автоматизации. Первой группой цифр принято обозначать номер системы, а после точки указывать порядковый номер прибора в этой системе (например: 3.1.; 3.2…3.7). Каждый прибор должен иметь свое цифровое обозначение, расшифровка которого приводится в таблице «Спецификация используемой аппаратуры», как это показано на рис.8. Следует иметь в виду, что у систем автоматического регулирования, которые относятся к классу «информационных» и основаны на использовании обратной связи, контур управления должен быть замкнут (см. систему «3» на рис.8).

Рекомендуется обратить внимание на условное изображение приборов, которые приведены в табл.6.

Дата добавления: 2015-08-18