Слайд 2
Модуль 1. Введение, история, основные понятия и определения,
принципы построения, классификация автоматизированных систем управления
Вопрос 1. Задачи и
компетенции дисциплины «Автоматизация управления в технических системах»
Целью изучения дисциплины «Автоматизация управления в технических системах» является формировании у студентов знаний и умений выбора и эксплуатации технических и программно-технических средств автоматизации технологических процессов, освоение методик исследования и анализа характеристик и параметров элементов и устройств различных автоматических систем управления.
Основными задачами дисциплины являются:
1. Знакомство с историей зарождения и развития различных систем автоматического управления, а также с биографиями и творческой деятельностью ученых и изобретателей, внесших мировой вклад в разработку технических систем автоматизации.
2. Изучение устройств, принципов действия, основных характеристик и параметров различных типовых элементов автоматики.
3. Формировании практических навыков работы с промышленными микропроцессорными программируемыми логическими контроллерами – основы современных программно-технических комплексов АСУ ТП.
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Слайд 3
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Сайт ОмГТУ http://www.omgtu.ru/
Образование Учебная деятельность Направления подготовки, реализуемые в ОмГТУ в соответствии с ФГОС ВО Бакалавриат
Слайд 4
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Слайд 5
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Слайд 6
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Домашнее задание (реферат) – 10 часов
Темы рефератов выдают
преподаватели на практике.
Оформление в соответствии с ГОСТ 2.105-95 ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ТЕКСТОВЫМ ДОКУМЕНТАМ.
Объем – 15-20 листов А4 с рисунками, схемами и таблицами.
Автособираемое содержание.
Список литературы (не менее 15 источников, в т. ч. периодические и
иностранные издания) в соответствии с
ГОСТ 7.1-2003 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. БИБЛИОГРАФИЧЕСКОЕ
ОПИСАНИЕ. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ И ПРАВИЛА СОСТАВЛЕНИЯ
ПРИМЕР:
1 Справочники по полупроводниковым приборам // [Персональная страница В.Р. Козака] / Ин-т ядер. физики. [Новосибирск, 2003]. URL: http://www.inp.nsk.su/%7EKosak/start.htm (дата обращения: 13.03.16)
2 Официальные периодические издания: электрон. путеводитель / Рос. нац. б-ка, Центр правовой информации. [СПб.], 2005–2007. URL: http://www.nir.ru/lawcenter/izd/index.html (дата обращения: 18.01.2017)
Слайд 7
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Слайд 8
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Вопрос 2. Основные понятия и определения.
Элемент (устройство) –
конструктивно законченное техническое изделие, предназначенное для выполнения определённых функций в системах автоматизации (измерение, передача сигнала, хранение информации, ее обработка, выработка команд управления и т.п.).
Система автоматического управления (САУ) – совокупность технических устройств и программно-технических средств, взаимодействующих между собой с целью реализации некоторого закона (алгоритма) управления.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) – система, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления и представляющая собой человеко-машинную систему, обеспечивающую автоматический сбор и обработку информации, необходимую для управления этим технологическим объектом в соответствии с принятыми критериями (техническими, технологическими, экономическими).
Технологический объект управления (ТОУ) - совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса.
Слайд 9
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Входное задающее воздействиеХ – воздействие, подаваемое на вход
системы или устройства и определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины Y.
Выходная регулируемая величина Y – выходной параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону.
Значение регулируемой величины Y', полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора –датчика Д, называется ее измеренным значением.
Управляющее воздействие U – воздействие управляющего устройства на объект управления.
Внешнее возмущающее воздействие f – воздействие внешней среды на объект управления, выводящее систему из состояния равновесия и стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.
Слайд 10
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Пример АСР температуры сушильного шкафа:
При заданной температуре объекта
управления (сушильный шкаф), которая устанавливается с помощью резистора Rзад, измерительный мост М, выполняющий роль элемента сравнения, уравновешен. На входе электронного усилителя ЭУ ошибка регулирования равна нулю, и система находится в состоянии равновесия. При отклонении температуры изменяется сопротивление терморезистора RТ, включенного в диагональ моста, и равновесие моста нарушается. На входе ЭУ появляется напряжение, фаза которого зависит от знака отклонения от заданной температуры. Напряжение, усиленное в ЭУ, поступает на двигатель постоянного тока Д, который перемещает скользящий контакт ползунка автотрансформатора АТ в соответствующую сторону, тем самым изменяя напряжение на электрическом нагревателе Н. При достижении температуры, равной заданной, мост сбалансируется и двигатель отключится.
Слайд 11
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Фундаментальные принципы управления
Управление по отклонению характеризуется тем, что
регулирующее воздействие на объект регулирования формируется в зависимости от отклонения текущего от заданного значения регулируемой величины.
2. Управление по возмущению характеризуется тем, что, измеряя возмущающее воздействие на объект регулирования и формируя соответствующее регулирующее воздействие на объект, можно обеспечить независимость работы системы от этих возмущающих воздействий.
Слайд 12
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
3. Комбинированное управление сочетают в себе особенности предыдущих
двух АСР. Данный способ достигает высокого качества управления, однако его применение ограничено тем, что возмущающее воздействие f не всегда можно измерить.
Слайд 13
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Классификация ТСА по функциональному назначению в САУ (в
соответствии с ГОСТ 12997-84 Изделия ГСП. Общие технические условия
СУ – система управления;
ОУ – объект управления;
КС – каналы связи;
ЗУ – задающие устройства;
УПИ – устройства переработки информации;
УсПУ – усилительно-преобразовательные устройства; УОИ – устройства отображения информации;
ИМ – исполнительные механизмы;
РО – рабочие органы;
КУ – контрольные устройства;
Д – датчики;
ВП – вторичные преобразователи
Слайд 14
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Государственная система приборов (ГСП)
Слайд 15
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Классификация элементов АСР
1 По функциональному назначению:
· измерительные;
· усилительно-преобразовательные;
· исполнительные;
· корректирующие.
2 По виду энергии, используемой для работы:
· электрические;
· гидравлические;
· пневматические;
· механические;
· комбинированные.
3 По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:
· активные (с источником энергии);
· пассивные (без источника).
4 По характеру математических соотношений:
· линейные;
· нелинейные.
Слайд 16
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
5 По поведению в статическом режиме:
· статические
– элементы, у которых имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями (состояние статики). Примером является любой усилитель;
· астатические – у которых эта зависимость отсутствует. Пример: зависимость угла поворота ротора электродвигателя от приложенного напряжения.
Указанные выше свойства систем и их элементов определяют вид математического описания протекающих процессов. При этом необходимо иметь в виду, что большинство систем обладают свойством инерционности. Поэтому в системах можно наблюдать переходной процесс и установившийся режим.
Слайд 17
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Классификация АСР по функциональным, структурным или физическим признакам.
1 По принципу управления:
· по отклонению;
· по возмущению;
· комбинированные.
2 По локальным задачам управления:
· стабилизирующая АСР – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать регулируемую величину на постоянном значении (X = const);
· программная АСР – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в соответствии с заранее заданной функцией (X изменяется программно);
· следящая АСР – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять регулируемую величину в зависимости от заранее неизвестной величины на входе АСР (X = var).
3 По поведению в установившемся режиме:
· статические – выходная величина устанавливается в статичное состояние после прекращения изменения управляющего воздействия;
· астатические – выходная величина продолжает изменяться после прекращения изменения управляющего воздействия.
Слайд 18
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
4 По количеству контуров:
· одноконтурные– содержащие один
контур регулирования;
· многоконтурные – содержащие несколько контуров.
5 По числу регулируемых величин:
· одномерные – системы с одной регулируемой величиной;
· многомерные – системы с несколькими регулируемыми величинами.
Многомерные АСР в свою очередь делятся на системы: а) несвязанного регулирования, в которых регуляторы непосредственно не связаны и могут взаимодействовать только через общий для них объект управления;
б) связанного регулирования, в которых регуляторы различных параметров одного и того же технологического процесса связаны между собой вне объекта управления.
6 По характеру используемых для управления сигналов:
· непрерывные – выдача управляющих воздействий на объект управления происходит непрерывно в любой момент времени;
· дискретные (релейные, импульсные, цифровые) – выдача управляющих воздействий на объект управления происходит в строго определенные моменты времени или при определенных значениях параметров системы
7 По виду используемой для регулирования энергии: · пневматические; · гидравлические; · электрические; · механические и др.
Слайд 19
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
8 По характеру математических соотношений:
· линейные;
·
нелинейные.
9 По характеру внешних воздействий:
· детерминированные;
· стохастические.
В детерминированных АСР внешние воздействия имеют вид постоянных функций времени. В стохастических системах внешние воздействия имеют вид случайных функций.
Слайд 20
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Основные принципы построения ТСА
Для построения современных АСУ ТП
требуются разнообразные устройства и элементы. Удовлетворение потребностей столь различных по качеству и сложности СУ в средствах автоматизации при их индивидуальной разработке и изготовлении сделало бы проблему автоматизации необозримой, а номенклатуру приборов и устройств автоматики практически беспредельной.
В конце 50-х годов в СССР была сформулирована проблема создания единой для всей страны Государственной Системы промышленных Приборов и средств автоматизации (ГСП) – представляющей рационально организованную совокупность приборов и устройств, удовлетворяющих принципам типизации, унификации, агрегатирования, и предназначенных для построения автоматизированных систем измерения, контроля, регулирования и управления технологическими процессами в различных отраслях промышленности.
А с 70-х годов ГСП охватывает и непромышленные сферы деятельности человека, такие как: научные исследования, испытания, медицина и др.
Типизация – это обоснованное сведение многообразия избранных типов, конструкций машин, оборудования, приборов, к небольшому числу наилучших с какой-либо точки зрения образцов, обладающих существенными качественными признаками. В процессе типизации разрабатываются и устанавливаются типовые конструкции, содержащие общие для ряда изделий базовые элементы и параметры, в том числе перспективные. Процесс типизации эквивалентен группированию, классификации некоторого исходного, заданного множества элементов, в ограниченный ряд типов с учётом реально действующих ограничений.
Слайд 21
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
Унификация – это приведение различных видов продукции и
средств её производства к рациональному минимуму типоразмеров, марок, форм, свойств. Она вносит единообразие в основные параметры типовых решений ТСА и устраняет неоправданное многообразие средств одинакового назначения и разнотипность их частей. Одинаковые или разные по своему функциональному назначению устройства, их блоки и модули, но являющиеся производными от одной базовой конструкции, образуют унифицированный ряд.
Агрегатирование – это разработка и использование ограниченной номенклатуры типовых унифицированных модулей, блоков, устройств и унифицированных типовых конструкций (УТК) для построения множества сложных проблемно-ориентированных систем и комплексов. Агрегатирование позволяет создавать на одной основе различные модификации изделий, выпускать ТСА одинакового назначения, но с различными техническими характеристиками.
Принцип агрегатирования широко применяется во многих отраслях техники (например, агрегатные станки и модульные промышленные роботы в машиностроении, IBM-совместимые компьютеры в системах управления и автоматизации обработки информации и др.).
Слайд 22
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
ПИРАМИДА УПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ
ЕRP – Enterprise Resource Planning
(планирования ресурсов предприятия) осуществляются расчет и анализ финансово-экономических показателей, решаются стратегические административные и логистические задачи.
MES – Manufacturing Execution Systems (системы исполнения производством) – задачи управления качеством продукции, планирования и контроля последовательности операций технологического процесса, управления производственными и людскими ресурсами в рамках технологического процесса, технического обслуживания производственного оборудования.
Эти два уровня относятся к задачам АСУП (автоматизированным системам управления предприятием) и технические средства, с помощью которых эти задачи реализуются – это офисные персональные компьютеры (ПК) и рабочие станции на их основе в службах главных специалистов предприятия.
Слайд 23
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
ПИРАМИДА УПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ
Слайд 24
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
На следующих трех уровнях решаются задачи, которые относятся
к классу АСУ ТП (автоматизированных систем управления технологическими процессами).
SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (система сбора данных и супервизорного (диспетчерского) управления) – это уровень тактического оперативного управления, на котором решаются задачи оптимизации, диагностики, адаптации и т.п.
Control-level – уровень непосредственного (локального) управления, который реализуется на таких ТСА как: ПО – панели (пульты) операторов, ПЛК – программируемые логические контроллеры, УСО – устройства связи с объектом.
HMI – Human-Machine Interface (человеко-машинная связь) – осуществляет визуализацию (отображение информации) хода технологического процесса.
Input/Output – Входы/Выходы объекта управления представляют собой
датчики и исполнительные механизмы (Д/ИМ) конкретных технологических установок и рабочих машин.
Слайд 25
ПАСТУХОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА, К.Т.Н., ДОЦЕНТ «АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ В
ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ»
История зарождения и развития систем автоматического управления (САУ).
Примеры САУ. Основные принципы построения средств автоматизации в технических производственных системах. Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Пирамида управления современным автоматизированным предприятием. Общие принципы и виды управления в технических производственных системах. Классификация методов технического управления. Примеры.
