Что такое автоматика — основные понятия

Лекция по автоматике

• Лекция по автоматике
• Основные понятия, определения, термины
• Понятие о воздействиях и сигналах
• Обратные связи и их назначение
• Управление по разомкнутому и замкнутому циклам
• Классификация систем автоматического управления
• Основные законы управления
• Принципы действия систем автоматического управления.
• Основные элементы автоматики.
• Функции и параметры элементов автоматики.
• Математическое описание САУ. Режимы движения автоматических систем.
• Описание элементов и систем в статическом режиме. Линеаризация.
• Описание элементов и систем в динамическом режиме
• Операторная форма записи дифференциального уравнения
• Понятие о типовых входных сигналах (воздействиях)
• Временные характеристики
• Частотные характеристики
• Логарифмические частотные характеристики (ЛАЧХ)
• Типовые динамические звенья
• Безынерционное звено
• Интегрирующее звено
• Дифференцирующее звено
• Апериодическое (инерционное) звено первого порядка
• Колебательное звено
• Консервативное звено
• Апериодическое звено второго порядка
• Звено транспортного запаздывания
• Объекты управления и их свойства

Страница 3 из 28

Понятие о воздействиях и сигналах

В процессе работы САУ в целом, а также, если рассматривать отдельные ее части, то либо система, либо ее составляющие, испытывают на себе воздействие различных факторов.

Воздействием в автоматике называют взаимодействие между автоматической системой и внешней средой, или одной ее части и другой, при котором в самой система происходят изменения. Соответственно различают внешние и внутренние воздействия.

1.Внутренними воздействиями называют такие, которые передаются от одной части системы на другую, образуя последовательную цепь воздействий, обеспечивающих протекание ТП с заданными показателями. Также воздействия называют управляющими и обозначают в функции времени как U(t).

2.Внешние воздействия разделяют на 2 вида:

2.1Такие, которые необходимы для нормального протекания технологического процесса. Их подают на вход системы намеренно в соответствии с алгоритмом функционирования, обозначают x(t) или x_з(t) и соответственно при этом называют задающими или предписанными.

2.2Такие, которые поступают непосредственно в систему или объект из внешней среды, т.е. из окружающего пространства, или от технических средств и устройств, не принадлежащих рассматриваемой сичстеме. Также воздействие носят незапланированный, зачастую случайный характер, обозначаются как f(t) и называются возмущающими воздействиями или возмущениями.

Возмущения делятся на нагрузку и помеху.

Нагрузка — возмущение, поступающее в систему, помимо управляющего воздействия, влияющее на переменные состояния и параметры, которые характеризуют динамические свойства ОУ.

Помеха — возмущение, искажающее поступающую в управляющее устройство информацию о нагрузке, о состоянии и динамических свойствах ОУ, а также влияющее на переменное состояние и параметры управляющего устройства (УУ). Возмущения могут быть контролируемыми и не контролируемыми, детерминированными (заданными функцией времени) и стохастическими (случайными), основными и второстепенными.

Под влиянием заданного значения x(t) в системе автоматического управления происходят различные количественные и качественные изменения, в результате чего управляемые или регулируемые величины, обозначаемые как y(t) приобретают заданные значения, или получают требуемый характер изменения.

Значение управляемой величины, предусмотренное алгоритмом функционироваия называется предписанным, а измеренное, т.е. фактическое значение — действительным.

Кроме того, задающее значение x(t) называют входным, а управляемую величину y(t) — выходной.

Изобразим простейший алгоритм регулирования температуры внутри нагревательной камеры.

Управлять объектом – это значит вырабатывать управляющее воздействие U(t) с таким расчетом, чтобы управляемая или регулируемая величина y(t) изменялась по заданному закону и с требуемой точностью независимо от влияния на объект, а возмущающего воздействия f(t).

Любая САУ может быть представлена как взаимодействие автоматического управляющего устройства или автоматического регулятора и объекта управления.

Более просто можно показать влияние сигналов и воздействий, если рассмотреть только ОУ:

Если в системе одна управляемая величина, то такая система называется одноконтурной, а если этих величин несколько, причем изменение одной влияет на другие, то такую систему называют многоконтурной.

• << Назад
• Вперёд >>

Из каких частей состоит автоматический блок

Автоматика делится на 3 основных группы. Главные отличия заключаются в технологических разработках, которые применяются во время изготовления, а также диапазоне функций.

Блоки управления второго поколения

Для автоматизированного управления насосом применяются простые узлы:

1. Реле давления и холостого хода. Мастера смогут самостоятельно выполнить установку и сделать настройку.
2. Гидравлический аккумулятор. Это емкость, где собирается вода. Ее объем колеблется в обозначенных пределах. Гидроаккумулятор поддерживает напор, компенсирует удары внутри системы.
3. Манометр. Это один из основных элементов, которые контролируют уровень давления, настройку гидравлического реле.

Устройство блока управления.

Помпа отключает оборудование, когда внутри труб нет воды или повысилось давление. Автоматика второго поколения на скважинные насосы может настраиваться. Есть световые индикаторы, которые сигнализируют о работе узлов, состоянии оборудования.

Третье поколение

Автоматические блоки управления третьего поколения.

Блоки управления третьего поколения — это продвинутая электроника, которая экономит электроэнергию. По принципу своей работы она не отличается от другой автоматики. Подключение должно выполняться специалистом, который сделает установку, правильно настроит блок.

Автоматика комплексно защищает оборудование от преждевременных поломок при сухом ходе, разрыве трубопровода, а также от резких скачков напряжения в сети. Отличие заключается в возможности делать точную регулировку и настройку.

Модульная автоматика для скважины: преимущества и недостатки

Это комбинированное оборудование, которое обладает следующими особенностями:

1. Все узлы находятся рядом. Для монтажа не требуется много свободного пространства. Автоматику можно подключить самостоятельно, без помощи специалистов.
2. Приборы имеют широкий функционал для управления.

Недостатки — высокая стоимость автоматики, работа приборов только от электрической сети. Есть модели с датчиком сухого хода, который срабатывают при отсутствии воды в системе. Некоторые модели рассчитаны на подключение к указанной марке насоса, поэтому настройки ограничены и фиксированы.

Классификация и типы автоматических систем пожаротушения

Система пожаротушения

Основные средства пожарной автоматики предназначаются для обнаружения возгорания и оповещения о нем людей с целью полной эвакуации. Главным элементом классификации является функция систем. Технические средства нацелены на обнаружение пожара. Согласно общепринятой классификации, в соответствии с действующим законодательством, можно определить следующие категории:

1. Пожарные извещатели.
2. Контрольные приборы.
3. Приборы управления.
4. Технические средства.
5. Основные системы передачи оповещения о пожаре.

Газовые установки

Газовая установка пожаротушения

Данный вид установки предназначен для ликвидации очага возгорания. В целях тушения пожара, как правило, применяется какое-либо газовое вещество. Распространенными веществами являются: азот, аргон, хладон. Данные средства используются в том случае, если применение стандартных видов ликвидации огня может нанести непоправимый вред имуществу владельца объекта.

Установки порошкового тушения

Средство применяется исключительно с целью полной ликвидации возгорания, которое произошло на электрических установках с высоким напряжением. Данное средство очень эффективно относительно тушения жидкостей и других горючих газов, различных щелочных соединений.

Установки водяного пожаротушения

Жидкостные установки являются самыми популярными в стране. Данный способ используется в 80% случаев. Жидкость используют для тушения как крупных, так и мелких пожаров. Это эффективно и экономично.

Централизованная система управления пожаротушением

Как правило, на одной территории одновременно может находиться несколько зон, которые нуждаются в пожаротушении. Каждая из них при этом может содержать разные виды установок. Иногда нужно объединить несколько. Ниже приведена информация об основных видах систем автоматического пожаротушения.

Централизованная система порошкового пожаротушения

Система работает следующим образом: приборы, которые предназначены для пожаротушения, отвечают за защиту направлений и объединены определенным интерфейсом, который, в свою очередь, размещен на посту охраны. Каждому направлению соответствует раздел. При этом информация о нем транслируется на специальный блок, который отображен на индикаторе. Все команды пожаротушения осуществляются с помощью пульта.

Централизованная система газового пожаротушения

Газовая система пожаротушения

Эта схема является усложненной и содержит газовые батареи. Кроме того, она содержит контрольные приборы, адресную систему и контрольно-пусковые блоки. Система газового пожаротушения является эффективной, однако содержит в себе недостатки. Она не позволяет различать ручной запуск от автоматического. Применение оборудования ограничено относительно установки на тех объектах, где находятся люди. Тушение происходит посредством автоматического оповещения.

Централизованная система водяного пожаротушения

Система водяного пожаротушения является наиболее распространенной. Единственным недостатком является то, что вода способна испортить имущество, поэтому на объектах с ценным оборудованием данный вид централизованной системы не используется.

Что включает в себя техническое обслуживание систем установок автоматической противопожарной защиты

Процесс обследования пожарной системы

Специалистами был разработан особый список относительно обслуживания средств пожарной безопасности, который включает в себя следующие пункты:

1. Проверку настройки системы.
2. Проверку работоспособности оборудования.
3. Проверку соединений и разъемов
4. Обучение сотрудников основам эксплуатации.
5. Предоставление информации о состоянии системы и возможных способах усовершенствования.

Проверка систем установок автоматической противопожарной защиты

Обычно в договор о приобретении подобной системы входит бесплатное гарантийное обслуживание. В этом случае специалисты будут обслуживать ремонт оборудования или профилактику на безоплатной основе. Профилактика может быть как разовой, так и регулярной. Разовое обслуживание можно заказать в случае осуществления подбора компании для обслуживания. Если подписать договор о долгосрочном обслуживании, это поможет сэкономить немного денег.

Щит управления вентиляцией

Главным элементом «автоматики» вентиляционного комплекса является щит управления вентиляцией (ЩУВ), который концентрирует в одном месте всю информацию о состоянии структурных элементов системы (вентиляторов, фильтров, задвижек, воздуховодов и пр.). Через него происходит настройка параметров работы, управление режимами, запуском и остановкой рабочего цикла. Используя функционал такого щита, можно оперативно настраивать комфортные условия среды в помещениях, максимально удаленных друг от друга. Это не только упрощает задачу, но и снижает энергозатраты за счет сбалансированной работы всей системы.

Требования к устройству

Существует множество разнообразных моделей ЩУВ, стоимость которых зависит от размаха возможностей, уровня защиты корпуса и степени интеграции с современными компьютерными системами.

Немалое значение имеет эргономика конструкции, ведь для пользователя наибольшее значение имеет простота управления, функциональность и безопасность (как для обслуживающего персонала, так и для обычных людей, находящихся в помещении).

Руководствуясь этим, к ЩУВ предъявляют два основных требования:

• Во-первых, щит должен охватывать элементы управления всей работающей сети, причем для наиболее важных узлов нужно предусмотреть переход на ручное управление.
• Во-вторых, на щите обязательно должны присутствовать индикаторы с показателями состояния отдельных работающих элементов системы. В зависимости от стоимости модели, это может быть обычная световая индикация, табло с цифровыми данными или подключение к компьютеру с отслеживанием всех показателей на мониторе.

В любом случае, интерфейс современного щита управления максимально прост и доступен пониманию. Специальная подготовка персонала не требуется. Автоматика сама осуществляет контроль за работой всех блоков и узлов:

• следит за точностью поддержания заданных параметров;
• с помощью устройства плавного запуска и частотного преобразователя мягко изменяет производительность и режим работы в ответ на поступившие сигналы от датчиков;
• обеспечивает слаженность действий всего вентиляционного комплекса;
• формирует защиту от скачков напряжения и перегрева оборудования;
• сигнализирует о возможных неполадках и позволяет быстро идентифицировать авариный участок системы;
• максимально экономит расход электроэнергии (установка автоматики способна снизить затраты энергии на 50-70%).

Набор функций может несколько видоизменяться по запросу заказчика. Так, наличие устройства плавного запуска и преобразователя частот актуально только для систем с повышенными требованиями к надежности и безопасности.

Большой популярностью пользуются щиты управления, оборудованные выносными пультами. Несмотря на высокую стоимость, такие системы значительно упрощают процесс контроля над вентиляционной техникой и позволяют делать это в специально предназначенном для этого безопасном помещении.

Задачи пожарной автоматики и требования к ней

Пожарная автоматика состоит из совокупности средств, которые предназначены для обнаружения или локализации возгорания в помещении, а также в целях оповещения. Обнаружение пожара происходит посредством своевременного определения первичных признаков. Это может быть дым, инфракрасное излучение или повышение температуры. Дальнейшие действия основаны на установке программы. Все они направлены на спасение жизней людей и сохранение имущества. Безусловно, автоматика пожаротушения зависит непосредственно от условий применения. Она должна соответствовать общепринятым нормам:

1. Обнаружение ЧС.
2. Высокий уровень быстродействия.
3. Стабильность относительно времени.
4. Устойчивость к влиянию внешних факторов.
5. Высокий уровень надежности.
6. Потребление энергии минимально.

Пожарная автоматика состоит из нескольких уровней. Перед установкой стоит обязательно учесть специфику территории. Установка и дальнейшее обслуживание системы производится исключительно профессионалами, которые, в свою очередь, имеют лицензию.

Элементы систем пожарной автоматики

Согласно общепринятой классификации, пожарную автоматику можно разделить на несколько видов:

1. Извещатели. Это оборудование используется для определения непосредственно очага возгорания. Можно разделить устройства на комбинированные, тепловые и газовые.
2. Приемно-контрольные пожарные приборы. Основа заключается в сигнализации, которая включается благодаря передаче информации от извещателя.
3. Пожарные приборы управления отвечают за запуск установки ликвидации огня.
4. Благодаря техническим средствам осуществляется эвакуация.
5. Передача оповещений о пожаре представляет собой целый комплекс станций СОУЭ.
6. Другие приборы для установки системы пожарной автоматики.

Как правило, они размещаются на стендах системы безопасности, отличаются они по особенностям установки и техническим требованиям.

Установка погружной помпы и ее подключение

Чтобы установить погружную помпу, требуется оголовок. Его помещают в кессонную яму с адаптером или оборудованием. Оголовок врезается в боковую часть обсадной трубы. Они бывают стальными (из нержавеющий, эмалированной, оцинкованной стали), асбестоцементные, пластиковые. Чтобы правильно выбрать материал, нужно участь глубину залегания грунтовой воды, технологию бурения, диаметр скважины, тип грунта.

Если владелец участка выбирает адаптер, который врезают в обсадную трубу, то автоматика и важные узлы должны размещаться в жилом доме. Можно построить отдельное хозяйственное строение. Автоматика должна работать в сухих условиях, чтобы влага не проникала внутрь узлов.

При выборе насоса один из главных критериев — это стоимость. Она зависит от уровня мощности и габаритов техники. Если монтируется недорогой электрический насос, то автоматика должна быть простой, с минимальным набором функций. Для нормального функционирования дорогостоящих аппаратов требуются настройки, которые связаны с частотным регулированием скорости.

Последовательность и рекомендации по подключению погружного насоса:

1. На вход насоса подключают ПВХ-трубу, которая выполняет функцию забора воды. Оптимальный диаметр должен составлять 25-35 мм.
2. С использованием фитинга на второй конец трубы крепят обратный клапан, опускают его вниз в скважину. Длина должна быть такой, чтобы основание погрузилось в воду минимум на 1 м. Если не соблюдать такое требование, то во время работы насоса в трубу будет поступать воздух вместе с водой.
3. Перед первым включением двигателя нужно заполнить водой заливное отверстие, заборную трубу.
4. Если подключения надежные и выполнены согласно установленным требованиям, то после включения насоса будет слышен характерный звук заполнения системы.

Система не должна работать на полную мощность. Насос будет функционировать не правильно, с регулярными и частыми перебоями. Существует вероятность непропорционального перерасхода электрической энергии, несрабатывания автоматики. При подключении проводки делают надежные и крепкие колодки клемм с соблюдением полярности насоса.

Проблемы и решения

Реализация концепции «Умный дом» требует высокого уровня подготовки интегратора, что, в свою очередь, делает систему еще дороже. Если сформулировать требования к «идеальной» системе автоматизации, то они будут такими:

• широкая номенклатура исполнительных устройств и их стандартизация;
• высокая степень защиты протоколов (авторизация, защита от перебора пароля, шифрование трафика и т. д.);
• возможность работы на линиях с низкой скоростью передачи данных и помехоустойчивость;
• событийно ориентированные протоколы взаимодействия устройств;
• широкие возможности для настройки и простота программирования/настройки системы.

Данный рынок очень молод и еще развивается, поэтому до унификации и стандартизации далеко. Большинство производителей пока не заботится о том, как их оборудование будет сопрягаться с другим.

Система релейной защиты и автоматики

Система релейной защиты и автоматики – это комплекс выключателей (реле), который автоматически обесточивает энергосистему при наступлении определенных условий.

Независимо от конструктивных особенностей и материалов, подобные системы состоят из трех основных частей:

1. Пусковой блок представлен реле тока, напряжения и мощности. В задачи пускового блока входит контроль режима работы участка и быстрое отключение его от сети в случае коротких замыканий.
2. Измерительный блок вступает в работу при наступлении аварийной ситуации, его задача – определить место и глубину повреждения. Технически блок состоит из реле тока, напряжения и мощности, может объединяться с предыдущим.
3. Логический блок представлен схемой, которая запускает действия по корректировке аварийной ситуации: отключение энергосистемы от питания, запуск устройств, подача звуковых сигналов. Технически блок состоит из таймеров, промежуточных и указательных реле, устройств защиты на основе микропроцессоров.

Чем системы телемеханики отличаются от системы автоматики

Для информации будет полезно узнать, чем отличаются системы автоматики от систем телемеханики. В системах телемеханики присутствуют дополнительные каналы связи, по которым мы можем преобразовывать величину сигнала, до величины удобной для передачи данных.

При помощи систем телемеханики можно осуществить централизованное управление удаленными друг от друга установками и обеспечить применение систем автоматического управления АСУ ТП на них.

Помимо централизованной архитектуры систем телемеханики практикуется распределительная система. По ней сбор данных происходит с контролеров установленных непосредственно на контролируемых соединениях. То есть данные собираются на контроллерах присоединения и только потом передаются на контрольные пункты систем телемеханики.

Алгоритм работы ЩУВ

Общий алгоритм работы, в принципе, стандартный для систем приточно-вытяжной вентиляции.

Включение/выключение системы выполняется со шкафа управления с помощью трехпозиционного переключателя «Руч. — 0 — Авто.», расположенного на лицевой панели. В Ручном режиме выдается сигнал на включение системы, в положении «0» — система выключена, либо находится в режиме Отладка, в Автоматическом режиме включение/выключение происходит по недельному таймеру, прописанному в программе ПЛК. С дисплея контроллера можно задать время работы для каждого дня недели.

Также предусмотрены аварийный режим работы, дежурный режим и режим наладки, при котором включение всех механизмов происходит по отдельности.

Переход в режим Зима-Лето происходит либо автоматически по датчику наружней температуры, либо принудительно. Для того, чтобы принудительно выставить режим Лето,выставляется уставка 100, а чтобы выставить Зима, то уставка -70.

Также для летнего периода, на время останова калорифера, предусмотрено включение насоса по расписанию, во избежание закисания ротора. Время включения и продолжительность работы задаются также с дисплея ПЛК.

Регулирование температуры воздуха

Управление нагревом вентустановки осуществляется по датчику температуры в приточном воздуховоде. Такой метод регулирования принципиально не позволяет воздуху в помещении достичь температуры уставки и не учитывает особенности помещения, например, посторонние тепловыделения от радиаторов отопления или теплопотери от открытых форточек в окнах. Для обеспечения регулирования температуры воздуха в помещении используется каскадное регулирование, называемое «компенсация уставки».

Функция компенсации уставки обеспечивает вычисление поправки уставки температуры воздуха в приточном воздуховоде в зависимости от динамики изменения температуры воздуха в вытяжном воздуховоде, запоминание компенсации при переходе в дежурный режим или отключении питания для ускорения регулирования при последующих запусках вентустановки, ограничение величины вычисляемой поправки, не позволяющее подавать в помещение слишком холодный или слишком тёплый воздух.

Управление работой клапана водяного калорифера

Система управления производит автоматическое регулирование привода трехходового клапана водяного калорифера по результатам сравнения температуры наружного воздуха и требуемой температуры приточного воздуха.

В дежурном режиме ПЛК производит управление вентилем калорифера, поддерживая температуру обратной воды равной значению, заданному параметром «Тобр,деж». Если дежурный режим выключен, то на ПИД-регулятор поступает значение с датчика притока. В подрежиме регулирование, работают два ПИД регулятора: по притоку и обратной воде. И какой выход больше, по тому и регулируется 3-х ходовой. При появлении сигнала о неисправности на вентиль теплоносителя поступает задание на 100% открытие.

В целях предотвращения возврата в тепловую сеть слишком холодной или слишком горячей обратной воды, контроллер может в рабочем режиме самостоятельно перейти на поддержание «Тобр,min» или «Тобр,max». При этом возможный рост и, соответственно, падение температуры в канале будут игнорироваться, при этом функцию поддержания температуры возьмут на себя другие устройства, задействованные в последовательном контуре регулирования температуры. Возврат в режим поддержания температуры в канале происходит автоматически, как только внешние условия позволят это сделать.

Управление воздушными заслонками

Для управления воздушными заслонками применяется стандартная функция задержки запуска вентиляторов на время открытия заслонок. При поступлении команды на запуск, вентиляторы не включаются до тех пор, пока не произойдет открытие воздушных заслонок. Одновременно с началом открытия заслонок начинается отсчет задержки перед запуском вентиляторов. Запуск вентиляторов происходит спустя некоторое время, заданное либо параметром контроллера «время реакции», либо по сигналу от привода заслонки о ее открытии.

Управление вентилятором

Управление двигателями вентиляторов приточной и вытяжной систем осуществляется при помощи частотных преобразователей Danfoss VLT Micro Drive FC-051. Которые, в свою очередь, подключены к Segnetics Pixel по протоколу Modbus RTU, через RS-485 интерфейс.

Подробно о реализации коммуникационного соединения между преобразователями Danfoss и Segnetics Pixel можно узнать из статьи Управление частотным преобразователем по Modbus.

Классификация

В промышленном производстве выделяют следующие классы автоматических и автоматизированных систем управления.

• Децентрализованная. Необходима в структурах, где автоматизируются независимые объекты.
• Централизованная. Подходит для единого органа управления. Среди ее достоинств – это взаимодействие информации, вероятность изменить вводные данные, большая эксплуатационная эффективность.  К недостаткам относят высокая потребность безопасности и продуктивности, большая протяженность каналов связи при рассредоточении объектов.
• Центральная рассредоточенная. Она сохраняет способность централизованного управления. Ее преимущества – это уменьшение запросов к проверке и менеджменту без снижения качества. Минусы системы управления: сложные информационных процессов, избыточность техники и сложность синхронизации.
• Иерархическая структура. Применяется для холдингов, где автоматические и автоматизированные системы управления не могут работать на одном уровне. По мере увеличения количества информации создается иерархия задач.

Автоматические и автоматизированные системы управления подчиняются единому стандарту.  Любой сотрудник, имеющий полномочия, может работать с базой. С помощью автоматических и автоматизированных систем управления контролируют уровень работы персонала и другие показатели.