Металлургические агрегаты – объекты автоматического управления

1 ОБЩАЯ ЧАСТЬ

 

1. Металлургические агрегаты – объекты автоматического управления

Теория управления - отрасль науки, изучающая законы управления, принципы управления, принципы построения систем управления, а также методы анализа и синтеза систем управления

Автоматика - отрасль науки и техники охватывающая теорию и практику АУ

Автоматизация - процесс совершенствования производства характеризуется, прежде всего, уменьшением потока информации поступающий от человека к объекту управления.

Любой технологический  процесс, протекающий в каком-либо объекте можно характеризовать одним или несколькими параметрами. В качестве параметров процесса можно использовать различные физические, химические и другие величины.

Физические величины, определяющие ход технологического процесса называются параметрами технологического процесса.

Переменные величины, характеризующие технологический процесс называются выходными величинами.

Установочный режим  работы любого технологического агрегата обычно нарушается внешними воздействиями, их называют возмущения.

Независимо от природы  возмущений ясно, что их вредное  влияние на технологический процесс  должно быть скомпенсировано соответствующим  регулирующим воздействием, выработанным специальным регулирующим устройством или задаваемым оператором все эти воздействия называют входными величинами.

Значения и изменение  входной величин определяет ход процесса, т.е. значения и изменение выходных величин.

Для поддержания постоянства  выходной величины можно было бы измерить возмущение и воздействовать на технологический агрегат в зависимости от этих замеров. Такой способ стабилизации технологического процесса называется регулирование по возмущению или автоматической компенсацией.

Для поддержания постоянства какой-либо величины вместо измерения самых разнообразных возмущений ограничиваемся замером величины, которую необходимо регулировать и воздействует на агрегат или процесс в

зависимости от отклонения этой величины от заданного значения при таком принципе управления (управление отклонения) можно обойтись одним измерением при наличии любого количества самых различных возмущений естественно, что измерение выходной величины при этом невозможно поддержать абсолютно точно, так как только отклонение величины от заданного значения выходной величины управляет воздействием на процесс.

Во многих случаях  бывает эффективнее применение комбинированного управления сочетающего в себе принципы регулирования по возмущению и отклонению.

Процесс посредством, которого регулируемые величины, характеризующие технологический процесс приводят в соответствие с их постоянной или изменяющимися по некоторым законам, заданным значениями называются автоматическим регулированием.

Комплекс устройств, присоединяемых к объекту регулирования и обеспечивающие автоматическое поддержание заданного значения его регулируемых величин или автоматическое изменение их по некоторому закону, называется автоматическим регулятором.

В общем случае совокупность взаимодействующих определённым образом друг с другом объекта регулирования и автоматическим регулятором принято называть автоматической системой.

За установившейся принимается такой режим, при котором расхождения между истинным значением регулируемой  величины и её заданным значением будет постоянным во времени.

Разность между предписанным и действительным значением выходной величины автоматической системы называется ошибкой регулирования.

Переход системы от одного установившегося режима к другому, при каких либо возмущениях называется переходным процессом.

 

Основные и наиболее характерные классификационные АСР:

 

1 признак. Определяющий принцип построения АСР это наличие в них явно выраженной главной обратной связи:

-замкнутые;

-разомкнутые.

 

2 признак. По характеру алгоритма функционирования АСР делят на:

- системы автоматической стабилизации;

- системы программного регулирования;

- следящие системы.

Системы автоматической стабилизации называются АСР предназначенные  для поддержания постоянного  значения регулируемой величины с допустимой ошибкой регулирования независимо от возмущающих воздействий.

Системами программного регулирования  называются АСР автоматически изменяющие регулируемую величину в соответствии с определенным заранее законом, являющимся функцией времен, необходимые  изменения регулируемой по времени  обеспечиваются в таких системах изменение задающего воздействия по строго определенной программе.Следящими системами называются системы, изменяющие регулируемую величину по произвольному закону в зависимости от неизвестной заранее какой-либо другой переменной величины на входе АСР.

 

3 признак. По способности АСР поддерживать с определенной степенью точности значение регулируемой величины:

-статические;

-астатические.

 

Статической АСР называют такую  систему, в которой принципиально  невозможно одно и тоже значение регулируемой величины во всех установившихся режимах при сохраненной неизменной настройки системы. Остаточную ошибку в таких системах называют статизмом. При статическом регулировании величина регулирующего воздействия однозначно связана с отклонением регулируемого параметра от заданного значения. Таким образом статической АСР является система в которой при постоянном внешнем воздействии устанавливается отличное от нуля значение ошибки регулирования.

Астатической АСР называется такая  система в которой по окончании  переходного процесса регулируемая величина принимает всегда одно и тоже значение и не зависит от величины возмущающего воздействия, таким образом в астатической АСР статизм всегда равен 0.

 

4 признак. По виду функциональной связи между входной и выходной величинами элементов входящих в АСР. Различают:

-непрерывного действия;

-прерывистого (дискретного) действия.

АСР непрерывного действия – это системы, в которых непрерывному изменению входной величины всех элементов соответствует непрерывное изменение выходных величин этих элементов при этом закон изменения выходной величины во времени может быть произвольным в зависимости от формы изменения входной величины и от вида уравнения динамики элементов.

АСР прерывисто действия называют системы, в которых непрерывному изменении входной величины хотя бы одного элемента входящего в состав системы соответствует прерывистое  изменение выходной величины этого  элемента. В АСР дискретного действия при непрерывном изменении входной величины соответствующие элементы формируют изменение выходной величины в виде скачка или в виде импульса.

В зависимости от технических  особенностей дискретные АСР подразделяются на релейные и импульсные системы.

 

5 признак. По виду контролируемых изменений своих свойств:

- не приспосабливающиеся системы;

- приспосабливающиеся  (адаптивные).

  Адаптивные АСР  предназначаются для работы в  непрерывно изменяющихся условиях, т.е. в тех случаях, когда  описанные выше принципы управления: по разомкнутому или замкнутому циклу, или компенсации возмущений из-за значительных изменений параметров объекта становятся недостаточным, а контуры системы управления с неизменной настройкой непригодны. Адаптивную систему управления, в которой на основе информации о внешних воздействиях динамических характеристических объектов  или получаемой в процессе работы осуществляется активное изменение параметров регулятора для обеспечения

 

работы системы принято  называть самонастраивающейся системой.

 

6 признак. По виду закономерности изменений сигналов:

-линейные;

-нелинейные.

Линейные АСР –  системы, динамика всех элементов которых  вполне описывается линейными уравнениями.

Нелинейные АСР –  системы, в которых хотя бы в одном элементе нарушается линейность зависимости между входной и выходной величинами или же происходит любое другое нарушение линейности уравнений динамики элементов.

 

7 признак. По количеству замкнутых контуров регулирования:

Системы, содержащие, один замкнутый контур регулирования называют одноконтурными АСР.

Системы нескольким замкнутыми контурами называют многоконтурными  АСР.

Существует так же классификация АСР и по другим признакам:

- по функциональному  назначению (АСР температуры, расхода, давления и т.д.);

- по виду энергии  используемой для регулирования (гидравлические, пневматические);

- по числу регулируемых  величин (одномерные, многомерные).

 

При рассмотрении металлургических агрегатов в качестве ОР  следует учитывать их следующие основные особенности:     

 

1) Металлургические процессы в основных агрегатах и сами агрегаты являются, как правило – сложными процессами, сложными объектами. Разделение сложного объекта на элементарные звенья по их динамическим свойствам и физической сущности зачастую не совпадают. Правильное представление о сложности ОР, его физических и динамических особенностях является необходимым условием создания рациональной и эффективной АСР.  

2) Подавляющее множество металлургических объектов относится к объектам с распределёнными параметрами. При этом в следствии физической сложности многофакторности  процессов получения и обработки металла все основные металлургические агрегаты являются много связанными объектами, функционирование которых определяется рядом входящих и выходных величин, испытывающих взаимное влияние.  

3) Поскольку металлургические процессы представляют собой сложные комплексы взаимозависимых физико-химических явлений, то достаточно точные математического описания и математические модели реальных производственных процессов отсутствуют.

4) Сложность основных металлургических объектов и разнообразие

возмущений приложенных  в разных местах агрегатов приводят к тому, что эти объекты характеризуется большим количеством контролируемых величин и управляющих воздействий.       

5) Основные параметры  металлургических объектов трудно подвергать автоматическому контролю.

6) Металлургические объекты являются, как правило нелинейными объектами, поведение которых описывается нелинейными дифференциальными уравнениями. 

7) Значительная материалоёмкость и энергоёмкость металлургических объектов обуславливает возможность достижения значительных экономических эффектов связанных с увеличением производительности, сокращением расхода сырья, топлива и энергии, улучшение качества готовой продукции при внедрении совершенных АСР.   

 

Физическая природа  регулируемых параметров в различных  ОР может быть различна. Для решения  задач регулирования необходимо знать общин свойства ОР- его статические и динамические свойства вне зависимости от физической природы и конструктивных особенностей технологического агрегата и происходящего в нем процесса, так как именно эти характеристики определяют условия регулирования. Статические и динамические характеристики  ОР необходимы для правильного выбора принципиальной схемы регулирования, регуляторов и расчета их настроек  средств измерений  регулирующих  и исполнительных органов. Расчет АСР основывается на статических и динамических характеристических ОР. При проектировании АСР статические и динамические характеристики ОР находятся по справочным таблицам или определяются на действующих объектах или на их модели.