Автоматический контроль и управление ТП

1. Автоматический контроль и управление ТП

Автоматизация технологического процесса представляет собой
сложный комплекс мероприятий, цель которых освободить
человека от функций непосредственного управления процессом,
передав
их
специальным
устройствам.
При
этом
программирование, задание режимов, наблюдение за работой
средств
автоматизации,
наладку
и
обслуживание
их
осуществляет человек.
При проектировании принципиальных схем автоматизации любых
технологических процессов решаются следующие основные
вопросы:
выбор параметров автоматического контроля;
выбор регулируемых параметров и регулирующих воздействий
для систем автоматического управления процессом;
выбор средств автоматического контроля и регулирования.

2.

Выбор средств автоматического контроля,
регулирования, управления
Замкнутые и разомкнутые автоматические
системы
Виды систем автоматического контроля и
регулирования
Автоматический контроль технологических
параметров производственных процессов
Автоматическое управление процессом
производства
Сигнализация, блокировка и защита
технологических агрегатов

3. Выбор средств автоматического контроля, регулирования, управления

Выбор средств определяется:
наличием
вспомогательной
энергии
для
измерительных приборов, регуляторов и устройств
дистанционного управления и их надежности;
условиями применения автоматической аппаратуры
(агрессивность, образивность, кристаллизуемость,
загрязненность измеряемой среды);
необходимой
точностью
и
быстродействием
устройств автоматики;
однотипностью аппаратуры и удобством ее
обслуживания;
требованиями пожаро– и взрывобезопасности;
максимальным
расстоянием
для
прокладки
импульсных трасс.

4. Замкнутые и разомкнутые автоматические системы

Автоматические
системы
Системы
автоматического
контроля
Разомкнутые
Замкнутые
системы
системы
Системы
автоматического
управления
Системы
сигнализации
Системы
автоматического
регулирования
Замкнутыми системами называют системы, у
которых
между
входом
и
выходом
имеется
функциональная связь.
В разомкнутых системах такой связи нет.

5. Виды систем автоматического контроля и регулирования

Достоинства
Недостатки
1. Гидравлические
Простота;
Сложность
надежность;
компактность
исполнительных механизмов;
получение
значительных
усилий
вследствие
несжимаемости жидкости.
Простота;
2. Пневматические
сравнительно дешевые;
удовлетворяют
преобразующих
устройств
для
некоторых
регулируемых величин;
ограниченность расстояний, на
которые
могут
передаваться
регулирующие
воздействия
(особенно по вертикали);
требуют
установки довольно
сложных напорных устройств.
большинство
требований,
предъявляемых к системам
автоматического
регулирования;
удобны для использования в
агрессивных средах.
Трудность
преобразования
регулируемых
пневматический
некоторых
параметров в
импульс;
сложность передачи сигнала на
значительные расстояния.

6. Виды систем автоматического контроля и регулирования

Достоинства
Недостатки
3. Электрические
Универсальность
электрических
методов
измерения
самых
разнообразных величин;
малая
инерционность
преобразующих устройств;
возможность
передачи
сигнала на значительные
расстояния.
Громоздкость
и инерционность
исполнительных элементов;
сложность
применения
во
взрывоопасных условиях.
4. Смешанные пневмоэлектрические и электрогидравлические
Рациональное сочетание элементов электрических систем
автоматизации с элементами пневмо – или гидроавтоматики

7. Автоматический контроль технологических параметров производственных процессов

Системы автоматического контроля служат для
автоматического
получения
и
обработки
информации о состоянии объекта.
Для
контроля
технологических
параметров
используют контрольно-измерительные приборы.
Устройства
преобразования,
хранения,
распределения и выдачи информации входят, как
правило, в состав модулей программируемых
контроллеров. В технологических агрегатах и
комплексах
используются
разнообразные
устройства.
Тенденции развития устройств контроля
Структурная схема автоматического
контроля

8. Тенденции развития устройств для контроля

расширяющееся применение датчиков для контроля электромагнитных,
механических и технологических переменных, качества изделий, состояния
оборудования;
стремление к использованию методов прямого измерения контролируемых
переменных;
установка датчиков в непосредственной близости от исполнительных
органов рабочей машины;
использование информации для диагностирования и оповещения
операторов через компьютерные системы управления о состоянии
оборудования.
В современном оборудовании контролю подвергаются:
температура в коммутационных аппаратах, узлах электродвигателей,
управляемых преобразователей, опорах механизмов;
степень вибраций во всех функционально значимых механических узлах
системы;
зазоры в механических передачах;
усилия и упругие моменты в механизмах;
износ технологического оборудования и др.

9. Структурная схема автоматического контроля

Сигнал, выработанный датчиком Д, помещенным в объект О,
передается на измерительный прибор ИП, который показывает значение
контролируемого параметра, т.е. обработка сигнала осуществляется без
участия человека. Величина Х, воспринимаемая и контролируемая
датчиком, называется входной; величина, преобразованная датчиком Y,
называется выходной. Примером автоматического контроля может
служить автоматический контроль температуры в объекте.
Датчики применяются в качестве основных контрольноизмерительных средств, непосредственно воспринимающие изменения
контролируемого параметра и преобразующие эти изменения в
механические или электрические сигналы, удобные для передачи на
расстояние, усиления и измерения.

10.

Измерительный прибор – устройство, служащее
для
прямого
или
косвенного
сравнения
измеряемой величины с единицей измерения.
Измерительные приборы показывают текущее значение измеряемого
параметра, функции определения величины отклонения контролируемого
параметра от заданного значения и восстановления равновесия путем
воздействия на регулирующий орган остается за человеком.
Непрерывно контролируемые технологические параметры должны
наиболее полно отражать ход автоматизируемого процесса и состояние
технологического оборудования. Эти величины должны, прежде всего,
отражать качество готового продукта, производительность оборудования и
экономичность процесса. Кроме того, для наблюдения за режимом работы
систем автоматического регулирования необходим непрерывный контроль
всех регулируемых параметров. Взаимосвязь подавляющего большинства
технологических параметров позволяет автоматически контролировать
лишь часть из них, что дает возможность снизить затраты на
автоматизацию. Установка каждой системы автоматического контроля
должна быть строго обоснована, так как завышение без особой
необходимости числа контрольно-измерительных приборов уменьшает
экономическую эффективность от внедрения автоматики.

11. Автоматическое управление процессом производства

Системы управления обеспечивают автоматическое выполнение
заданной последовательности операций при пуске, останове или
изменении режима работы механизма, части производства или всего
технологического процесса.
Автоматическое управление - это способ управления, при котором
управляющие воздействия вводятся в заранее заданные моменты
времени или при заранее выбранных условиях без контроля выходных
величин объекта, независимо от их значения.
Автоматическое управление механизмами предлагает ведения
режима работы их по заранее заданной программе без участия
человека.
Любому
управляющему
воздействию
свойственно
запаздывание: в момент управления процесс, строго говоря, находится
уже в другом состоянии по сравнению с тем, по которому
формировалось управляющее воздействие. Поэтому особое значение
для управления имеют вопросы диагностики и прогнозирования хода
процесса.

12. Автоматическое управление процессом производства

Существует
стойкая
тенденция
возрастания
интенсивности процессов. Усложняется их структура, а
следовательно,
и
механизм
внутренних
взаимодействий.
Помимо
этого
наблюдается
повышение
требований
к
точности
выходных
характеристик процессов. Это приводит к тому, что
человек в силу ограниченности своих возможностей уже
не может обеспечить надежный контроль за
функционированием процессов на требуемом уровне.
Еще одно немаловажное обстоятельство заключается в
том, что появляется все больше процессов, физическая
природа которых и уровень циркулирующей энергии
небезопасны для человека.

13. Структурная схема автоматического управления

Управляющее
устройство
УУ
преобразует
и
усиливает командный сигнал, подаваемый кнопкой,
конечным
выключателем
и
т.д.
и
через
исполнительный механизм ИМ за счет преобразования
одного
вида
энергии
в
другой
(например,
электрической в механическую) изменяет положение
регулирующего органа РО (заслонка, задвижка, клапан
и т.д.), изменяя подачу энергии или вещества на
регулируемый объект О, тем самым поддерживая
нормальный ход технологического процесса.
О
РО
ИМ
УУ
Примером автоматического управления по времени может служить
конвейерная термическая печь, механизмы которой включаются и работают в
определенной последовательности. Другой пример – управление температурой в
помещении в зависимости от температуры наружного воздуха.

14. Дистанционное управление процессами и агрегатами

Дистанционное управление процессами и агрегатами
осуществляется с помощью регулирующих органов и
исполнительных механизмов, которыми управляет
человек по показаниям контрольно-измерительных
приборов и в соответствии с технологическими
заданиями. Таким образом, получается цепочка
регулирования:
Технологический
объект
Установка автоматического
контроля
Человек
Установка дистанционного
управления
Заменив функцию человека автоматическим регулятором, получим
обычную замкнутую систему автоматического регулирования.
Технологический
объект
Установка автоматического
контроля
Установка дистанционного
управления
Автоматический
регулятор

15. Сигнализация, блокировка и защита технологических агрегатов

Системы сигнализации предназначены для оповещения
обслуживающего персонала об отклонениях величин,
определяющих
ход
технологического
процесса,
от
нормальных значений (например, падение давления в газоили воздухопроводе). Сигнализация бывает световая и
звуковая.
Сигнализирующие, блокирующие и защитные устройства
обеспечивают
надежность
и
безопасность
работы
технологического оборудования и играют вспомогательную
роль в схемах автоматизации производственных процессов.
Реле управления
Автоматические выключатели
Предохранители

16. Реле управления

Реле используются в схемах управления электроприводами для выполнения
функций управления и защиты.
Реле различаются между собой по:
роду входного воздействия — измерительные (реле тока, реле напряжения,
тепловые), логические (реле времени и др.);
роду тока включающей катушки или другого воспринимающего органа
(постоянного тока, переменного тока);
номинальному току цепи управления — 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16, 25; 40; 63; 100; 160;
250; 320; 400; 630; 1250 А;
напряжению цепи управления — постоянного напряжения 12; 24; 48; 60; 110; 220 В,
переменного напряжения 12; 24; 36; 110; 220; 380; 660 В;
виду возврата — одностабильные, двустабильные;
коэффициенту возврата реле тока и напряжения — с нормированным
коэффициентом возврата, с ненормируемым коэффициентом возврата;
числу контактов — реле с 1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, -12 контактами;
роду контактов — с замыкающими, размыкающими, переключающими
контактами;
категории применения.
Разновидности

17. Автоматические выключатели

Эти аппараты предназначены для защиты от токов короткого
замыкания и перегрузки электрических линий и приемников
энергии, снижения напряжения в сети, включений и отключений
линий и приемников энергии. Автоматические выключатели
могут также использоваться для редких коммутаций нагрузки с
током, например редкого включения и отключения асинхронных
двигателей.
Основными
параметрами
автоматических
выключателей
являются
номинальное
напряжение,
номинальный
ток,
отключающая
способность,
время
отключения.
Отключение автоматических выключателей происходит под
действием расцепителей. Расцепитель любого автоматического
выключателя представляет собой блок, встроенный в корпус
выключателя и предназначенный для отключения выключателя
под действием тока, превышающего ток его настройки.
Разновидности

18. Предохранители

Предназначены для защиты цепей от токов коротких замыканий и
недопустимых перегрузок. Основными элементами предохранителя является
плавкая вставка и дугогасительное устройство.
Наибольшее распространение получили следующие
предохранители:
НПН, имеющие стеклянный корпус круглого сечения с наполнителем из
кварцевого песка;
ПН2, имеющие фарфоровый корпус прямоугольного сечения с наполнителем
из кварцевого песка;
ПР2 — разборные трубчатые без наполнителя;
ПРС-резьбовые;
ПНБ5 быстродействующие — для защиты от токов короткого замыкания
агрегатов с полупроводниковыми приборами;
ПП31 — с высокой разрывной способностью.
Основным условием при выборе предохранителя является расположение
времятоковой
характеристики
предохранителя
ниже
характеристики
защищаемого объекта.

19.

Различают максимальные, минимальные и независимые
расцепители. Для защиты электрооборудования от
перегрузок используют максимальные расцепит ели. В
качестве максимальных наибольшее распространение
получили элект ромагнит ные и т епловые расцепит ели.
Времятоковая
характеристика
расцепителя
должна
выбираться
возможно
ближе
к
характеристике
защищаемого
объекта.
Минимальные
расцепит ели
выполняются электромагнитного типа, для большинства
выключателей
напряжение
отключения
расцепителя
регулируется в пределах 30...70% номинального.
Независимые расцепит ели служат для дистанционного
отключения автоматических выключателей.
Действие
т еплового
расцепит еля
основано
на
изменении
формы
биметаллической
пластинки
при
протекании
по
ней
тока
нагрузки
выключателя,
превышающего номинальный ток этого выключателя.
Пластинка
действует
на
механизм
отключения
выключателя.

20.

Элект ромагнит ный
расцепит ель
состоит
из
электромагнитов, по катушкам которых проходит ток
выключателя. Электромагниты приводятся в действие
только при токе аварийной перегрузки, например при
заклинивании механизма, или токе короткого замыкания
и воздействуют на механизм отключения выключателя.
Комбинированный расцепит ель содержит расцепители
обоих видов.
Для
выключателя
может
быть
несколько
расцепителей,
имеющих
разные
номинальные
токи,
которые
могут
регулироваться.
Уставка
на
ток
мгновенного срабатывания, или ток отсечки означает,
что при данном токе срабатывает электромагнитный
расцепитель данного выключателя.
В промышленности используются отечественные
автоматические выключатели серий АП50, АК50, АК63,
АЕ2000, А3700, A3100, АЕ1000 и др.

21.

Например, выключатель АК63 разработан для замены
выключателя АП50, имеющего малую коммутационную
способность.
Выключатель
имеет
расцепители
максимального тока на 0,63...63 А, переменного 500
В
и
постоянного
220
В
напряжения;
его
коммутационная способность в 2,5 раза больше, чем
у выключателя АП50. В отличие от выключателей АП50
выключатели АК63 имеют открытые выводы, для
закрывания которых могут поставляться крышки.
Открытые выводы, не соприкасающиеся с корпусом
выключателя, имеют лучший теплоотвод, а при
нагревании выводов не выгорает корпус выключателя.
Авт омат ические
выключат ели
AE2000
разрабатывались
для
замены
всех
других
выключателей на ток до 100 А. Они рассчитаны на
токи 25, 63 и 100 А при работе с расцепителями
максимального тока на 0,6 А и выше, а также с
тепловыми и комбинированными расцепителями.
Предельная коммутационная способность означает
предельный
ток,
который
может
отключить
выключатель.

22.

Реле времени предназначены для передачи команд
из одной электрической цепи в другую с
определенными
предварительно
установленными
выдержками времени.
Реле времени пневмат ическое серии РВП72 состоит
из пневматической приставки, имеющей контакты
с временной задержкой, и электромагнитного
привода.
Номинальное
переменное
напряжение
питания 36, 110, 127, 220, 380 и 440 В.
Диапазон выдержки времени 0,4... 180 с.
Элект ронные
реле
времени
серии
ВЛ
могут
использоваться как реле времени и программные
устройства. Диапазон выдержки времени реле от
0,1 с до 10 мин.
Промежут очные реле предназначены для передачи
команд из одной электрической цепи в другую и
используются
для
размножения
сигналов
и
увеличения их мощности.

23.

Элект рот епловые реле предназначены для защиты
электродвигателей
от
перегрузок
недопустимой
продолжительности и токов, возникающих при обрыве
одной из фаз. Тепловые реле могут поставляться в
блоке с пускателями или отдельно. Поскольку реле не
защищают от коротких замыканий и сами нуждаются в
такой защите, то на ответвлении к электродвигателю
перед пускателем ставят автоматический выключатель с
электромагнитным
расцепителем.
Чувствительным
элементом у реле служит термобиметалл, по которому
проходит ток. У реле на большие токи имеется
нихромовый
нагреватель
для
дополнительного
нагревания биметалла. Чувствительные элементы реле
включаются в две фазы электродвигателя, контакты
реле включаются в цепь катушки пускателя.
Реле т ока
подразделяются на реле контроля и
защиты (реле максимального тока). Реле контроля тока
в
схемах
управления
электроприводами
выполняют
функции
определения
наличия
тока
в
цепи
или
нахождения
тока
в
заданных
пределах.
Реле
максимального
тока
предназначены
для
защиты
электродвигателей от перегрузок. В качестве реле
максимального тока применяют электромагнитные реле с
последовательным
включением
обмоток
в
цепь
двигателя.

24.

Реле напряжения в основном используются в
цепях защиты и выполняют функции защиты от
прекращения питания, недопустимого снижения или
повышения
напряжения.
В
промышленности
используются
отечественные
реле,
например,
серий РПУ-0, РПУ-2, РПУ-3, РПУ-4, РВП72, ВЛ,
ТРИ, ТРТП, РТЛ, РЭВ800, РЭВ310 и др.
Реле пост оянного т ока серии РЭВ800 применяют
в схемах автоматического управления в качестве
электромагнитных реле времени, тока, напряжения
и
промежуточных.
Электромагнитные
реле
постоянного тока серии РЭВ310 применяют в
качестве реле напряжения и тока с высоким
коэффициентом возврата.
Герконовые
реле
серии
РПГ
на
герметизированных магнитоуправляемых контактах
предназначены, в основном, для связи между
полупроводниковыми приборами и сильноточными
аппаратами
управления
(реле,
пускатели,
контакторы), а также для коммутации цепей
управления с малыми токами и напряжениями.

25.

Датчики
В основном датчики представляют собой единое
изделие (собственно датчик и преобразователь),
имеющее
на
выходе
электрические
унифицированные
сигналы
(УС):
релейные,
непрерывные токовые (0...5 мА, 0...20 мА) и
непрерывные напряжения постоянного тока (0... 10
мВ, 0...50 мВ, 0... 1 В, 0...10 В, 0... 12 В, 0... 24
В), непрерывные частотные (1500... 2500 Гц,
4000...
8000
Гц),
непрерывные
напряжения
переменного тока частотой 50 Гц (0... 1 В, 0... 2 В)
и др. Перечисленные электрические сигналы
определены стандартами.
Датчики
оцениваются
по
точности,
линейности
и
разрешающей
способности,
частотной
характеристике,
характеристике
шума, входному и выходному импедансу (полному
сопротивлению) и др. По структуре построения
в зависимости от способа соединения элементов
датчики
могут
быть
с
последовательным
преобразованием,
дифференциальные
и
компенсационные.