Демонстр. СУХТП л.1-3 (8л)

1. СисТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Лекция 1
Основные понятия управления химико-технологическими
процессами
1

2.

Литература по дисциплине «СУХТП»
2

3.

Основные термины и определения
Объект управления (ОУ) в химической технологии - технологический процесс, осуществляемый в определённом аппаратурном
оформлении, в котором один или несколько химико-технологических параметров, характеризующих состояние процесса,
поддерживаются на заданном уровне или изменяются по определённому закону. Технологический объект управления в химической
технологии – это единичные аппараты, узлы и агрегаты, отделения химического производства, химическое производство в целом, в
котором достигается заданная цель управления.
Целью управления могут быть различные показатели, которые определяют эффективность химического производства и
технологического процесса в нем, среди которых могут быть:
– технические показатели: максимальная производительность, минимальные расходные коэффициенты;
– экономические показатели: минимальная себестоимость продукции
Цель управления формируется вне системы управления и является входным сигналом системы управления.
Состояние объекта управления описывается параметрами состояния, которые являются выходными сигналами ОУ
управляемыми (или регулируемыми) параметрами.
В химической технологии к управляемым параметрам можно отнести температуру, давление, уровень, рН, плотность, концентрацию
и другие переменные, характеризующие состояние технологического процесса, к управляющим переменным – расходы теплоносителя,
хладагента и т.д.

4.

Основные термины и определения
Состояние объекта управления может изменяться в результате воздействий
на него двух типов: управляющих и возмущающих, которые являются входными
сигналами ОУ. В СУХТП управляющие воздействия - изменения материальных
или энергетических потоков.
возмущающие воздействия – изменение
температуры нагреваемого вещества на входе в
теплообменник tвх, изменение расхода нагреваемого
вещества F;
управляемая (регулируемая) переменная –
температура нагретого вещества на выходе из
теплообменника tвых;
управляющее воздействие – изменение
расхода греющего пара Fп.
4

5.

Возмущающие воздействия делятся на: контролируемые и неконтролируемые; допускающие и не
допускающие стабилизацию; на внешние и внутренние.
Контролируемые возмущающие воздействия можно измерить.
Неконтролируемые возмущающие воздействия невозможно или нецелесообразно измерять непосредственно
(например, падение активности катализатора, изменение коэффициентов теплопередачи и массопередачи).
Возмущающие воздействия, не допускающие стабилизацию, по условиям работы невозможно или
недопустимо стабилизировать (например, изменение температуры окружающей среды).
Возмущающие воздействия, допускающие стабилизацию – это изменения тех технологических параметров,
которые могут быть стабилизированы с помощью специальной аппаратуры или с помощью системы автоматического
регулирования.
Внешним возмущающим воздействием (или просто возмущающим воздействием) называют воздействие
на систему внешней среды. Например, температура окружающей среды влияет на объект регулирования и может
вывести его из желаемого состояния (резкое изменение температуры окружающей среды может привести даже к
останову химического реактора).
Внутренние возмущающие воздействия возникают внутри системы управления.

6.

Основные термины и определения
Системой автоматического управления (САУ) называется система, представляющая собой
совокупность объекта управления и управляющего устройства, взаимодействие которых между собой
обеспечивает процесс управления без участия человека.
Для САУ входными величинами являются:
возмущающие воздействия;
цель управления.
Частный случай управления – регулирование, которое осуществляется системой автоматического
регулирования (САР), аналогичной по конструктивному и функциональному оформлению средствами автоматики,
взаимодействующими друг с другом и с объектом управления без участия человека, но в этом случае входными
величинами являются возмущающие воздействия и задающее воздействие.
Регулирование – процесс автоматический, исключает участие человека, что обеспечивает высокую
точность и быстродействие, отличается от управления тем, что значения регулируемых параметров задано,
а управляющие воздействия направлены на поддержание на заданном уровне или изменение по
определенной программе химико-технологических параметров, характеризующих состояние процесса.

7.

Иерархия управления
Автоматизированная система
управления (АСУ) - человеко-машинная
система, обеспечивающая
АСУП
автоматизированный сбор и обработку
информации, необходимой для оптимального
АСУ ТП
управления в различных сферах человеческой
деятельности. АСУ – это система
управления, часть функций которой,
главным образом функцию принятия
решений, выполняет человек.
Локальная САР
Локальная САР
7

8. Иерархия управления

ИЕРАРХИЯ УПРАВЛЕНИЯ
АСУТП
Поиск оптимально
работающих
технологический
аппаратов
Распределение
нагрузки
АСУП
Экономические
задачи
Логистика
Экология

9.

Принципы управления
9

10.

Принципы управления
Регулирование по возмущающему воздействию
10

11.

Принципы управления
Регулирование по отклонению
11

12.

Классификация систем управления
по характеру задающего воздействия
автоматической стабилизации
программные САР
следящие САР
12

13. Классификация систем управления

КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
▪ По числу контуров прохождения сигналов САУ делятся на одноконтурные и многоконтурные
▪ По числу управляемых величин САУ делятся но одномерные и многомерные. Одномерные системы управления
имеют одну управляемую величину, а многомерные — несколько управляемых величин.
▪ В зависимости от прохождения и характера сигнала в системе автоматического управления они делятся также на
непрерывные и дискретные (прерывистые).
▪ Такие системы регулирования, в которых первичный измерительный преобразователь воздействует непосредственно
на изменение положения регулирующего органа, называют системами прямого управления, а регуляторы —
регуляторами прямого действия. В регуляторах прямого действия энергия для перемещения РО поступает
непосредственно из объекта управления через первичный измерительный преобразователь.
▪ В системах непрямого (косвенного) управления для перемещения РО применяются вспомогательные устройства,
работающие от посторонних источников энергии.

14. СисТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ХИМИКОТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Лекция 2
Основные понятия управления химико-технологическими
процессами
Классификация систем управления
Качество процесса регулирования
14

15.

Функциональная структура САР
15

16.

Структурная схема САР
Упрощённая структурная схема САР
по каналу возмущающего воздействия.
Вход – возмущающее воздействие d(t).
Выход – регулируемая величина у(t).
Задающее воздействие является
постоянной величиной.
y(зад)
Упрощённая структурная схема САР по
каналу задающего воздействия.
Вход – задающее воздействие узд(t).
Выход – регулируемая величина у(t).
Возмущающее воздействие отсутствует или
является постоянной величиной.
16

17.

Возможный вид переходных характеристик системы регулирования
В случае, когда на систему,
находившуюся
y(зад)
Увеличение воздействия Р на
ОУ
приводит
к
тому,
что
переходный процесс в системе
управления
изменяется
от
апериодического сходящегося до
колебательного
сходящегося
может даже стать неустойчивым.
и
при
нулевых
начальных
условиях,
оказано
единичное
ступенчатое
воздействие изменение во
времени
выходной
величины
системы
обозначается
h(t)
называется
переходной
и
функцией, а её графическое
изображение – переходной
характеристикой

18.

Устойчивость САР
Устойчивость - способность системы вернуться в исходное
равновесное состояние после устранения возмущающего воздействия,
нарушившего её равновесие.
Устойчивость является необходимым, но не достаточным условием
пригодности систем управления. Качество систем управления
оценивается также по их поведению в установившемся и переходном
режимах с помощью количественных параметров, называемых
показателями качества.

19. Показатели, характеризующие точность регулирования

Качество процесса регулирования
ПОКАЗАТЕЛИ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ ТОЧНОСТЬ РЕГУЛИРОВАНИЯ
▪ Точность регулирования определяется разницей между заданным и текущим значением регулируемого
параметра, т. е. ошибкой (погрешностью) регулирования:
ε(τ) = узд(τ) - у(τ)
▪ Статическая ошибка управления ε∞ - разность между заданным значением и его новым установившимся
значением управляемого параметра