Техническое обеспечение систем управления: Курс лекций для магистров специальности "Автоматизация металлургических производств". Часть 4

4. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АСУТП

4.1. Разработка функциональной схемы автоматизации объекта

4.1.1. Определение характеристик объекта управления

Объект управления является заданной, неизменяемой частью системы управления. Чтобы система достигла цели управления, необходимо, зная свойства объекта управле­ния, создать соответствующую ему управляющую систему. Свойства объекта управления изучают на основании его статических и динамических характеристик. Получить характери­стики объекта можно аналитически, составляя балансы материалов и энергии в объекте, и экспериментальными методами - активным и пассивным экспериментами.

Для получения статической характеристики объекта аналитическим методом необхо­димо составить соответствующее балансовое уравнение, связывающее выходную величину с входной, в установившемся (статическом) состоянии объекта. Далее задаются различными значениями входной величины и по полученному уравнению рассчитывают соответствую­щее значение выходной величины. По расчетным данным строят линию статической харак­теристики объекта.

При поступлении возмущения в объект, находившийся в рав­новесном со­стоянии, воз­никает переходный процесс, при котором выходная величина изменяется во времени. Про­цесс изменения выходной величины во времени является динамической характе­ристикой объекта. Для получения динамической характеристики аналитическим методом нужно ре­шить дифференциальное уравнение, связывающее входную и выходную величины объек­та во времени, т.е. получить кривую изменения выходной вели­чины. Дифференциальные урав­нения рассматриваются в курсе«Автоматическое регулирова­ние и регуляторы».

Достоинство аналитического метода заключается в возмож­ности составления характе­ристики объекта управления на стадии проектирования. Однако при этом трудно учесть кон­крет­ные особенности данного технологического объекта, такие, как изменение активности катализатора, появление накипи и т.п. Поэтому аналитический метод используют для полу­чения харак­теристик только простых объектов управления. Другое достоинство аналитического метода заключается в его .про­стоте, а также в том, что не требуется значи­тельного времени для наблюдения и обработки результатов. Но в действую­щие технологические аппараты не всегда можно вносить изме­нения входных параметров. Кроме того, в ряде случаев невоз­можно проследить реакцию объекта на пробное измене­ние, так как в объект поступают и неконтролируемые другие воз­действия.

Активный экспериментальный метод (метод искусственных воздействий) состоит в том, что входному параметру объекта сообщают пробные изменения (ступенчатое, импульс­ное, в виде гармонических колебаний и т.п.). Регистрируя при этом изме­нение выходного параметра объекта во времени, получают дина­мическую характеристику объекта, а построив график (таблицу) зависимости между отдельными значениями входной и устано­вившимися значениями выходной величины, получают статиче­скую характеристику объекта. При ис­следовании сложных объектов со многими взаимосвя­занными параметрами необходимо снять характеристики для всех возможных режимов работы объекта с учетом всех источ­ни­ков возмущений. После проведения эксперимен­тов результа­ты опытов обрабатывают. Для реализации этого метода могут быть использованы как имеющиеся на установке контрольно-измерительные приборы, так и установленные специально.

Пассивный метод (статистический) основан на исследовании объектов управления в процессе нормальной эксплуатации. В течение длительного времени (6-12 месяцев) фикси­руют данные нормально работающей аппаратуры, после обработки которых получают ха­рактеристики объекта. Пассивный метод наиболее перспективен. Правда, он приме­няется в меньшей степени, чем активный, так как связан со сбо­ром и обработкой большого количе­ства информации.

Разработку систем управления начинают с выбора парамет­ров, участвую­щих в управле­нии. К ним относятся контролируе­мые, сигнализируемые и регулируемые величины, а также параметры, изменяя которые можно вносить регулирующие воздей­ствия. Далее выбирают идеи и способы осуществления защиты и блокировки, а затем - конкретные автоматические устройства управляющей системы. Существенное значение имеет минимиза­ция числа пара­метров управления.

Проектируемая система управления должна обеспечивать достижение цели управления в любых условиях при условии без­опасности работы объекта; при этом она должна быть про­стой и надежной. Разработка высокоэффективных систем управления процес­сами химико-металлургических технологий часто затруднена, что объясняется .сложностью процессов, высокими скоростями реакций, большой мощностью технологических аппаратов, взрыво- и пожароопасностью перерабатываемых веществ, отсутствием надежных пер­вичных преобра­зователей некоторых параметров  (состава, влажности и др.).

4.1.2. Определение перечня контролируемых и регулируемых параметров

Основными автоматическими устройствами, обеспечивающими поддержание требуемого технологического режима в объекте управления, являются регуляторы. Поэтому сначала це­лесообразно наметить регули­руемые параметры процесса и каналы внесения регулирующих воздействий и только после этого приступать к выбору осталь­ных параметров.