Анализ технологического процесса как объекта управления

Исходными данными для выполнения такого анализа являются технологические инструкции и технологические схемы с характеристиками оборудования и трубопроводов, а также результаты НИР и ОКР или результаты испытаний процессов – аналогов. Необходимо использовать также техническую документацию по типовым проектам и проектным решениям. С их помощью устанавливается перечень контролируемых и регулируемых параметров с необходимыми требованиями и характеристиками (номинальное значение, диапазон изменения, метрологические характеристики, особые условия работы и т.д.). На этой же стадии определяется принцип построения АСУ ТП, её иерархия, структура, функции, алгоритмы и ожидаемый экономический эффект.

Для объектов со сложными взаимосвязанными технологическими процессами проектируются АСУ ТП, работающие в режимах супервизорного и непосредственного цифрового управления. Законы управления в этом случае формируются на промышленных ЭВМ и микроконтроллерах.

Выбор средств автоматизации для локальных систем управления и контроля.

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить следующие задачи:

· с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т.е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления (под структурой управления понимается совокупность частей автоматической системы, на которые она может быть разделена по определённому признаку, а также пути передачи информационных и управляющих потоков);

· получение информации о состоянии технологического оборудования и непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

· стабилизация технологических параметров, контроль и регистрация технологических параметров процесса.

В результате проведённого анализа выбираются методы измерения технологических параметров, основные технические средства автоматизации, приводы исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов, управляемых автоматически или дистанционно; определяется размещение технических средств автоматизации на щитах, пультах и технологическом оборудовании.

Технические средства автоматизации выбирают, исходя из следующих условий:

· производства (пожаро- и взрывобезопасность, запылённость, агрессивность и токсичность среды);

· параметров измеряемой среды;

· расстояний, допускаемых от датчиков и исполнительных механизмов до регулирующих устройств;

· требований к точности и быстродействию работы системы.

Количество приборов, аппаратуры сигнализации и управления, устанавливаемых на оперативных щитах и пультах, должно быть минимальным и достаточным.  

Предлагаемые функциональные схемы контуров контроля и управления должны сохранять возможность наращивания функций управления и строиться на базе технических средств автоматизации Государственной Системы Приборов и унифицированных комплексов.

Изображение средств измерения и автоматизации на функциональных схемах производится в соответствии с ГОСТ 21.404-85.

На основании функциональных схем разрабатываются принципиальные электрические схемы, которые также выполняют в соответствии с требованиями государственных стандартов.

Определение и расчёт структуры и параметров регулятора для локальной системы управления.

В данном разделе необходимо определить и реализовать динамические характеристики системы автоматического регулирования, наилучшим образом удовлетворяющих заданным показателям качества. Для решения данной задачи необходимо:

· синтезировать математическую модель объекта управления в виде передаточной функции и определить её параметры аналитически или экспериментально на реальном объекте регулирования;

· выбрать показатели и критерии качества процессов регулирования;

· определить структуру и параметры регулятора;

· снять кривые переходных процессов системы автоматического регулирования, определить прямые и косвенные показатели качества управления и сравнить их с заданными.

Под объектом управления обычно понимают технологический процесс, отдельный механизм или агрегат, двигатели постоянного и переменного тока. Математическое описание объекта управления получают аналитически или по экспериментальным данным.

Математические модели двигателей постоянного и переменного тока приведены в [1 – 5].

Динамические свойства промышленных объектов управления (печи спекания, сгустители и т.д.) обычно задаются в виде:

· передаточной функции инерционного звена первого порядка с запаздыванием

· передаточной функции инерционного звена второго порядка с запаздыванием

· передаточной функции интегрирующего звена с запаздыванием

где к_ОБ – коэффициент передачи, τ – время запаздывания, Т – постоянная времени объекта управления. Численные значения этих параметров и вид передаточной функции зависят от переходной (кривая разгона) или импульсной переходной характеристики объекта управления . Временные характеристики определяются методами активного и пассивного экспериментов [6].

Требования к качеству процесса управления могут быть различными и определяются показателями качества [5-7, 19, 20, 24]:

· погрешность регулирования, время регулирования, перерегулирование, динамический коэффициент регулирования, запас устойчивости по фазе и амплитуде, колебательность, максимальное ускорение (прямые и косвенные показатели качества, определяются по кривой переходного процесса и частотным характеристикам системы);

· интегральные показатели качества (минимум среднеквадратического отклонения, улучшенные интегральные оценки качества, интегральный критерий качества от квадратичных форм, максимальное быстродействие, минимум расхода энергии на управление, компромиссное управление Автухова и т.д.);

· критерии модульного, симметричного и компромиссного оптимумов.

В зависимости от критериев и показателей качества, а также адекватности математического описания объекта управления реальному процессу, выбирают структуру и настроечные параметры регуляторов. В [6]

приведены передаточные функции оптимальных регуляторов, а также соответствующие каждому алгоритму управления частные случаи передаточной функции объекта управления и формулы для определения параметров оптимальной динамической настройки типовых регуляторов (П, И, ПИ, ПД, ПИД). Для объектов с большим запаздыванием рекомендуется применять регуляторы Смита и Ресвика [6, 24].

Для систем управления электроприводов рекомендуется применять методы корневого годографа и модального управления, системы скалярного и векторного управления по критериям модульного, симметричного и компромиссного оптимумов [1-5, 18, 19].

Если объект управления сложный, отсутствует адекватное математическое описание, то рекомендуется выбирать управление с помощью адаптивных регуляторов, в области нечётких множеств, с помощью искусственных нейронных сетей (фаззи - регуляторы и нейронные регуляторы) и экспертных систем [8, 21 – 25].

Систему автоматического регулирования необходимо проверить путём моделирования в среде MATLAB и с помощью пакета IPC-CAD [9 - 18], построив все временные и частотные характеристики. По результатам моделирования необходимо сделать вывод о соответствии заданных и полученных (на модели) показателях качества.

Перечень примерных тем контрольных работ для студентов заочного факультета приведен в приложении А.

Перечень примерных тем курсового проектирования для студентов заочного факультета приведен в приложении Б.

Перечень контрольных вопросов приведен в приложении В

ЛИТЕРАТУРА

1. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. -2-е изд. перераб. и доп. –М.: Энергоатомиздат, 1998.-704с.: ил.

2. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. – СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2000. -496с.: ил.

3. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов /М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. –М: Издательский центр <<Академия>>, 2004. – 576 с.

4. Онищенко Г.Б., Аксенов М.И., Грехов В.П., Зарицкий М.Н, Куприков А.В., Нитиевская А.И. (под общей редакцией Г.Б. Онищенко) Автоматизированный электропривод промышленных установок. – М.: РАСХН – 2001. -520 с.:.:ил.

5. Терехов В.М. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений /В.М. Терехов, О.И. Осипов; Под ред. В.М. Терехова. –М.: Издательский центр <<Академия>>, 2005. – 304с.

6. Кулаков Г.Т. Анализ и синтез систем автоматического регулирования: Учеб. пособие/ Г.Т. Кулаков. – Мн.: УП “Технопринт”, 2003. 135с.

7. Осипов В.М., Кибардин В.В., Буралков А.А. Методы оптимизации в электротехнике: Учеб. пособие /ГАЦМиЗ. – Красноярск, 2001. – 156с.

8. Борцов Ю.А. и др. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением/Ю.М. Борцов, Н.Д. Поляхов, В.В. Путов. – Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1984. – 216с., ил.

9. Лазарев Ю.Моделирование процессов и систем в MATLAB. Учебный курс. – СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005.- 512 с.: ил.

10. БельковичЕ.С,Е,С.,КолесовЮ.Б.,СениченковЮ.Б.Практическое моделирование динамических систем – СПб.: БХВ-Петербург, 2002. – 464с.: ил.

11. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лабораторные работы ПК. – СПб.: Корона принт, 2003. – 256с., ил.

12. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: Корона принт, 2001. – 320с., ил.

13. В.П. Дьяконов MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 . Основы применения. Серия <<Библиотека профессионала>>. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 800с.: ил.

14. В.П. Дьяконов MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. Серия <<Библиотека профессионала>>. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576с.: ил.

15. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002. – 528с.: ил.

16. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2001. – 480с.: ил.

17. Дьяконов В., Круглов В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002. – 448с.: ил.

18. Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потёмкина. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ. 2003. – 496 с.

19. Дэбни Дж. Simulink 4. Секреты мастерства / Дж. Б. Дэбни, Т.Л. Харман; Пер. с анг. М.Л. Симонова. – М.: БИНОМ. Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 403 с.: ил.

20. Филипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 – 616 с.: ил.

21. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. Пер. с англ. Б.И. Копылова. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002. – 832 с.: ил.

22. Соловьев В.А. Управление тепловыми и энергетическими процессами на основе нечёткой логики. Владивосток: Дальнаука, 2003. 181 с.

23. Сигеру Омату Нейроуправление и его приложения. Кн. 2. /Сигеру Омату, Марзуки Халид, Рубия Юсоф: Пер. с англ. Н.В. Батина; Под ред. А.И. Галушкина, В.А. Птичкина. – М.: ИПРЖР, 2000. -272 с.: ил. (нейрокомпьютеры и их приложение)

24. Терехов В.А. Нейросетевые системы управления: Учеб. пособие для вузов/В.А. Терехов, Д.В. Ефимов, И.Ю. Тюкин.- М.: Высш. шк. 2002. – 183 с.: ил.

25. Клюев А.С., Таланов В.Д., Демин А. М. Проектирование систем автоматизации. Под ред. А.С. Клюева. Изд. 2-е, доп. М.: Фирма “Испо-Сервис”, 2002. – 148с.: ил.

26. Лекции по теории автоматического управления (электронный вариант). Сост. В.В. Кибардин.

27. Лекции по адаптивному управлению (электронный вариант). Сост. В.В. Кибардин

28. Лабораторные работы по теории автоматического управления (электронный вариант).

29. Сайт www.exponenta.ru.

30. Журналы “Электротехника” , “Электричество”, “Современные технологии автоматизации”, “Новости электротехники” , “Промышленные АСУ и контроллеры” за 1995 – 2005 гг.

31. Пакеты прикладных программ MATLAB, Mathcad, CC, IPC-CAD, EWB и др.

32. Автоматизация технологических процессов на горно-рудных предприятиях: Справочное пособие / Под ред. В.С.Виноградова.-Ь.,-Недра,1984,167 с.

33. Клюев А.С., Таланов В.Д, Демин А. М. Проектирование систем автоматизации. Под, редакцией А.С.Клюева. Изд. 2-е.доп.М.: фирма « Испо- Сервис»,2002.-148 с.6 ил.

34. Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: справ. Пособие по содержанию и оформлению проектов. 3- изд.перераб. и доп.-М.: энергоатамиздат,1983.-400 с.

35. Клюев А.С.. Лебедев А.Т., таланов В.Д. Автоматическое регулирование барабанных паровых котлов.- М.: Изд- во « Шаг»,1996.

36. Элементы и устройства автоматики / в.С. Подлипенский, Ю.А.Сабинин, Л.Ю.Юрчук; Под. Ред. Ю.С.Сабинина: Учебник для вузов.-СПб.: Политехника, 1995.-472 с.: ил.

37. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций электроэнергетических систем: Учебник для вузов / под.ред. А.Ф.Дьякова.-М.: Изд-во НЦ ЭНАС,2000.-504 с.: ил.

38. Плетнев Г.П. Автоматизированные системы управления объектами тепловых электростанций.-М.: Изд-во МЭИ, 1995.

39. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под. Ред. В.И.Круповича,Ю.Г.Барыкина,М.Л.Самовера.-3-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоиздат, 1982.-416 с.,ил.

Приложение А

Темы контрольных работ по АВТОМАТИЗАЦИИ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА для студентов заочного отделения:

1. Производительность машин непрерывного комплекса.

2. Производительность одноковшовых экскаваторов.

3. Автоматизация управления буровыми станками.

4. Системы управления роторными экскаваторами (с выдвижной стрелой).

5. Автоматизация водоотливных установок.

6. Автоматизация конвейерных установок.

7. Автоматизация вентиляционных установок.

8. Учет производительности роторных и одноковшовых экскаваторов.

9. Автоматизация угла поворота роторных экскаваторов.

10. Автоматизация одноковшовых экскаваторов.

11. Автоматизация экскаваторов драглайн.

12. Автоматизация производства стали в дуговых печах.

13. Автоматизация колпаковых печей.

14. Автоматизация протяжных печей.

15. Системы автоматизации плавки.

16. Средства управления дозированием.

17. Автоматизация контролем и управлением качества смеси.

18. Оптимальное управление смеси приготовлением.

19. Автоматизация непрерывной разливкой стали.

20. Автоматизация доменного производства.

21. Автоматизация спекания и окомкования железных руд.

22. Автоматизация мартеновский и двухванных печей.

23. Автоматизация ковертерного производства стали.

24. Электромагнитные системы заливки.

25. АСКУЭ.

26. Автоматизация в энергосистемах.

27. Телемеханизация в системах электроснабжения.

28. Технические средства учета, контроля и сигнализации в системах автоматики.

Приложение Б

Перечень тем курсовых проектов по горному производству:

1. Автоматизация водоотливных установок (ВАВ, КАВ, УКАВ).

2. Автоматизация буровых установок ( СБШ, СБР).

3. Автоматизация водоотлива с погружными насосами.

4. Автоматизация учета производительности роторных экскаваторов.

5. Автоматизация учета производительности одноковшовых экскаваторов.

6. Автоматизация работы экскаваторов-драглайнов.

7. Автоматизация работы экскаваторов механических лопат.

8. АСУ ТП на карьерах с автомобильным транспортом.

9. АСУ ТП на карьерах с ж.д. транспортом.

10. АСУ ТП с комплексами горнотранспортного оборудования непрерывного действия.

11. Автоматизация конвейерных линий.

Перечень тем курсовых проектов по металлургическому производству:

1. Автоматизация компрессорных установок.

2. Автоматизация котельных (бойлерных) установок.

3. Автоматизация насосных станций.

4. Автоматизация вентиляционных установок.

5. Автоматизация калориферных установок.

Приложение В

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Автоматизация процесса подготовки горных пород к выемке

1. Задачи автоматического управления буровыми станками.

2. Буровой ста­нок как объект автоматического управления.

3. Основные критерии оптимиза­ции процесса бурения.

4. Статические и динамические характеристики

5. Общая структурная схема системы управления буровой установкой.

6. Система стаби­лизации момента нагрузки двигателя вращателя.

7. Самонастраивающаяся САУ. Система " Режим-2НМ ".

8. Релейная система с идентификацией породы.

9. Системы экстремального управления. САУ по параметрам вибрации.

10. Унифицированная САУ " Режим-СБ ".

11. Компьютерная САУ буровым станком.

12. Автоматизация станков ударно-вращательного бурения.

13. САУ станками огневого бурения.

15.Назначение и составные элементы зарядных машин.

16.Принципы работы САУ зарядной машиной МЗ-3.

17.Структурная схема САУ машиной МЗ-4.

Автоматизация процесса выемки и погрузки горных пород

18. Задачи автоматизации одноковшовых экскаваторов.

19. Автоматизация работы экскаваторов-драглайнов.

20. Состав САУ драглайном.

21. Процесс образо­вания слабины подъемного каната.

22. Принцип построения САУ черпанием драглайна. Подсистема выбо

ра слабины подъемного каната.

23. Автоматизация транспортных операций экскаватора - драглайна.                 24. Система защиты драглайна от удара ковша по стреле, тяговому или

подъемному блокам.

25. Система авто­матического ограничения рабочей зоны движения ков

ша.

26. Принципы по­строения программной части САУ драглайном.

27. Позиционные следящие сис­темы главных приводов.

28. Система стабилизации ковша.

Автоматизация экскаваторов-мехлопат

29. Принципы построения комби­нированных САУ с двумя уровнями управления.

30. Автоматизация процесса черпания.

31. Система стабилизации нагрузки механизма подъема.

32. Узел коррек­ции скорости механизма подъема. Автоматизация процесса транспортирова­ния ковша мехлопаты.

33. Принципы построения САУ транспортными опера­циями.

34. САУ электроприводом механизма поворота мехлопаты.

Автоматизация роторных экскаваторов

35. Задачи автоматизации ротор­ных экскаваторов.

36. Критерии оптимальности процесса копания.

37. Принципы построения САР процесса копания.

38. Система автоматической стабилизации производительности роторного экскаватора.

39. Системы программного управ­ления роторными экскаваторами.

40. Система позиционного управления элек­троприводом механизма хода.

41. Устройство отработки дозированных переме­щений экскаватора.

Автоматизация процесса отвалообразования

42. Задачи автоматического управления процессом отвалообразования.

43. Автоматизация отвального оборудования горно-транспортных комплексов.

44. Система программного управления отсыпкой отвала.

45. Система жесткого чи­слового программного управления ленточным консольным отвалообразователем.

46. АСУ отвалообразователем на базе вычислительных устройств

Автоматизация транспортных процессов

47. АСУ горно-транспортными процессами.

48. Назначение и структура АСУ ТП карьеров.

49. АСУ ТП на карьерах с ав­томобильным транспортом: алгоритмы управления, структура и алгоритм функционирования.

50. АСУ ТП на карьерах с железнодорожным транспортом: алгоритмы управления, структура и алгоритм функционирования.

51. АСУ ТП на карьерах с комплексами горно-транспортного оборудования непрерывно­го действия

52. Основные задачи и принципы автоматизации конвейерных линий.

53. Способы автоматического пуска конвейерных двигателей.

54. Технические тре­бования к автоматизации конвейерных установок.

55. Технические средства автоматизации конвейеров: реле скорости PCA, PC-67, УКСЛ-1, ДКЦ-2, КДК; аппарат АКП; аппаратура УКПС.

56. Аппаратура: контроля схода ленты КСЛ-2, экстренной остановки КТВ-2, контроля мест перегрузки ДЗШ, температурной защиты АКТЛ-1, контроля тросовой основы ленты УКЦТ-1 и УКПЛ-1, автоматизации оросительных устройств АО-3.

57. Комплекс автоматизированного управ­ления конвейерами АУК.1М.

58. Унифицированная блочная аппара­тура УКЛ. 1 .У5 (ЦИКЛ).            

Автоматизация процесса проветривания

59. Основные задачи и средства автоматизации процесса проветривания.

60. Аппаратура автоматизированного управления вентиляционными дверями АШУ.

61. Автоматические системы управления проветриванием. Аппаратура автоматизации вентиляторов местного проветривания АПТВ.

62. Автоматизация вентиляторов главного проветривания: аппаратура УАВШ и УКАВ-М.

63. Схе­ма управления вентиляторными установками при контроле температуры воз­духа.

64. Автоматизация калориферных установок.

65. Принципы построения САУ на элементах бесконтактной логики (аппаратура АКУ-3).

Автоматизация водоотлива

66. Основные задачи и требования, предъявляемые к САУ насосными ус­тановками. Способы заливки насосов.

67. Технические средства автоматическо­го управления и контроля. Аппаратура АВН-1М, АВ-5, АВ-7, АВО-3.

68. САУ водоотливными установками: комплектная аппаратура ВАВ и УАВ.

69. Автома­тизация водоотлива горных предприятий с учетом нагрузки энергосистемы.

70. Комплекс унифицированной аппаратуры КАВ.

Автоматизация процесса получения сжатого воздуха

71. Задачи автоматизации процесса получения сжатого воздуха.

72. Автома­тический контроль и защита компрессорных агрегатов.

73. Аппаратура автома­тизации поршневых компрессоров.

74. Автоматическое управление работой турбокомпрессоров.

75. Унифицированная аппаратура автоматизации компрес­сорной станции УКАС.