Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » В помощь начинающим электрикам, Промышленное электрооборудование » Автоматическое регулирование и управление
Количество просмотров: 26436
Комментарии к статье: 15


Автоматическое регулирование и управление


В современном мире очень трудно найти технологический процесс, который не был бы автоматизирован. Автоматизация любого технологического процесса подразумевает его контроль, управление, регулирование, сигнализацию, защиту и блокировку. В этой статье рассмотрим основы автоматического управления и регулирования.

В окружающем нас мире повсюду протекают различные процессы управления. В управлении нуждается всё: физический или химический процесс, отдельная технологическая установка, производство в целом, промышленность и так далее. Даже общественные отношения. Управление на сегодняшний день является самым сложным видом человеческой деятельности.

Нет такой отрасли промышленности, где бы не применялись системы автоматического регулирования и управления. Эти системы разнообразны и по характеру решаемых ими задач и по исполнению.

Автоматическое регулирование и управление

Автоматическое регулирование

Регулирование – это поддержание постоянным значения некоторой заданной величины, характеризующей процесс, или изменение его по заданному закону, осуществляемое с помощью изменения состояния объекта или действующих на него возмущений и воздействия на регулирующий орган объекта.

Системы автоматического регулирования (САР) предназначаются для автоматического поддержания заданного режима технологического процесса или изменения его во времени по заранее заданному или задаваемому в зависимости от каких-то условий закону. При этом имеется в виду, что внешние условия нарушают заданный закон протекания процесса, а система автоматического регулирования стремится его выполнить, преодолевая влияние внешних факторов.

Под объектом регулирования понимают аппарат (станок, машину), в котором один или несколько физических параметров должны изменяться по заданным законам при любых возможных внешних условиях. Объектом регулирования могут быть:

  • нагревательная печь, в которой температура должна оставаться постоянной или изменяться по заданному закону;

  • бак, в котором должен поддерживаться заданный уровень жидкости при изменениях ее расхода из бака;

  • электрический двигатель, скорость которого должна оставаться постоянной при изменениях момента сопротивления.

Физические величины, закон изменения которых осуществляется автоматическим устройством, называются регулируемыми величинами. Устройство, автоматически поддерживающее заданный закон изменения регулируемой величины, называется автоматическим регулятором.

Заданный закон изменения регулируемой величины вырабатывается специальным задающим устройством (задатчиком). Воздействие задатчика  на регулятор называется задающим воздействием.

Автоматический регулятор постоянно сравнивает текущее значение регулируемой величины с заданным (уставкой) и при наличии рассогласования вырабатывает регулирующее воздействие. Если регулируемая величина отклоняется от заданного значения, управляющий орган воздействует на исполнительный механизм так, чтобы рассогласование между заданным и действительным протеканием процесса было ликвидировано. Человек в эту систему непосредственно вмешаться не может, возможно только косвенное участие – посредством изменения уставки.

Задание уставки температуры кипения воды

Нарушение заданного закона протекания технологического процесса происходит в основном из-за внешних воздействий на объект, которые называют возмущающими воздействиями. К ним относятся изменения момента сопротивления на валу двигателя, расхода воды из бака, качества топлива или массы нагреваемых изделий в печи и т. д.

Чаще всего устройства автоматического регулирования — системы замкнутые (управление по отклонению). Сигнал, появившись в любой точке замкнутого контура, проходит все звенья системы и возвращается в место своего возникновения (в преобразованном виде). Но бывают и разомкнутые системы (управление по возмущению).

В результате этого в системах регулирования могут возникать колебания, в том числе колебания регулируемой величины. Если колебания возрастают, система называется неустойчивой и является неработоспособной. Поэтому первое требование к системам автоматического регулирования — обеспечение устойчивости регулирования, т. е. обеспечение затухания колебаний, возникающих в системе.

Необходимо также, чтобы выведенная из состояния равновесия возмущающими воздействиями система регулирования вернулась к заданному положению равновесия возможно точнее и возможно быстрее. Пути построения систем, отвечающих перечисленным требованиям, определяет теория автоматического регулирования.

Автоматизированная насосная станция

Системы автоматического регулирования делятся по характеру задающего воздействия. Когда регулируемая величина должна быть постоянна, то систему называют системой автоматической стабилизации (или просто системой регулирования). Сюда относятся системы сохранения уровня воды в баке, скорости вращения двигателя и др.

Если регулируемая величина изменяется и заранее известен закон (программа) изменения задающего воздействия, система называется системой программного регулирования. Она может, например, осуществлять автоматическое изменение температуры в печи по заранее заданной программе.

Если регулируемая величина изменяется, но заранее не известен закон изменения задающего воздействия, систему регулирования называют следящей системой. К следящим системам в известном смысле можно отнести автоматические потенциометры и мосты.

В автоматическом потенциометре реверсивный двигатель через ползунок реохорда воздействует на измерительный мост так, чтобы напряжение на выходе позднего изменялось соответственно всем изменениям термо-э. д. с. Очевидно, что термо-э. д. с. изменяется по закону, неизвестному заранее, иначе не нужен был бы сам измерительный прибор.

Характер воздействия регулирующего органа на объект бывает непрерывным и прерывистым. Последнее происходит, когда в системе регулирования применяются реле или специальные импульсные устройства.

Простейшими регуляторами прерывистого действия являются двухпозиционные регуляторы. Такое название они получили потому, что их регулирующий орган может занимать только два положения (позиции). Очень часто эти позиции соответствуют максимальной и минимальной подаче сырья или энергии в объект.

При так называемом трехпозиционном регулировании регулирующий орган может занижать три положения, соответствующие трем значениям регулируемой величины: «мало», «норма», «больше».

Для регулирования непрерывных процессов наиболее часто используют физические или программные ПИД-регуляторы.

Смотрите также: Примеры регулирования напряжения в цепях постоянного тока

Динамические связи

Для улучшения качества автоматического регулирования технологических процессов используют динамические связи между отдельными регуляторами.

Так, для авторегулирования процесса горения в котлоагрегате применяется динамическая связь между регуляторами топлива и воздуха, воздуха и разрежения.

Динамическая связь вызывает срабатывание подчиненного регулятора одновременно со срабатыванием регулятора, от которого эта динамическая связь исходит.

За счет динамической связи одновременно со срабатыванием регулятора топлива на котле, вызывающим изменение подачи топлива в топку, срабатывает регулятор воздуха, изменяя подачу воздуха.

Подача воздуха в топку корректируется регулятором воздуха через некоторый промежуток времени, в течение которого измененный расход топлива вызовет изменение давления в котле.

 

Автоматическое управление

Управление – это процесс выработки управляющих воздействий по переводу объекта управления в желаемое состояние.

Более полное определение: это осуществление совокупности воздействий, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления. Эти последние слова в данной ситуации являются ключевыми.

Система автоматического управления отличается от системы автоматического регулирования тем, что при одних и тех же значениях входных величин, т.е. при одной и той же исходной информации воздействие, которое вырабатывает система может быть различно в зависимости от того, какая цель или какой критерий управления в нее заложен. 

Шкаф управления с автоматикой

Назначение систем автоматического управления (САУ) — исключить участие человека в управлении технологическим процессом. Функции человека сводятся к осуществлению пускового импульса. Все остальные операции по управлению процессом, по изменению режимов работы производятся автоматическим устройством.

Устройства автоматического управления воздействуют на исполнительные механизмы, приводы рабочих агрегатов, которые изменяют подачу сырья, энергии в аппараты, производят перемещения обрабатываемых изделий и т. д.

При автоматическом управлении автоматическое устройство обеспечивает необходимую последовательность, начало и окончание отдельных операций, составляющих рабочий процесс. Подача командного импульса на управляющий орган осуществляется человеком. Управляющий орган воздействует на исполнительный механизм, который подает сырье или энергию в аппарат или производит определенную серию механических перемещений, операций, поддерживая тем самым заданный режим работы установки.

Система автоматической компенсации реактивной мощности

Автоматизированная система управления (АСУ) – совокупность математических методов, технических и программных средств, организационных комплексов, а также управленческого и обслуживающего персонала, которые совместно осуществляют рациональное управление объектом управления в соответствии с поставленной целью.

Эта система обычно содержит большое количество датчиков, позволяющих измерять различные параметры, большое количество исполнительных устройств, причем их количество необязательно должно совпадать с количеством датчиков.

Основным элементом этой системы является управляющее устройство (контроллер), в который заложена программа обработки, информации получаемой с датчиков и критерий управления, исходя из которого система управления и вырабатывает различные управляющие воздействия.  При одном и том же значении контролируемых параметров управляющее воздействие в данном случае может быть различным.

Учебный стенд по релейным схемам управления

Системы автоматического регулирования наиболее старые системы автоматизации. Они начали использоваться с середины XIX века (использование автоматических регуляторов в паровых машинах, в железнодорожной автоматике, в электроэнергетике). В 30-е - 60-е годы XX все системы автоматизации (автоматические станки, линии, участки) строились с использованием релейных схем в комбинации с локальными аналоговыми регуляторами с использованием электронных элементов. 

Релейная схема управления

В то время электрические реле являлись наиболее распространенными элементами электроавтоматики. Они применялись во всех схемах автоматического контроля, защиты, управления и регулирования.

Основная особенность реле — возможность управления достаточно большими мощностями в исполнительных механизмах с помощью незначительных управляющих сигналов от датчиков. Коэффициент усиления реле по мощности может достигать значений десятков тысяч.

Программируемый логический контроллер

По мере того как технологические процессы усложнялись, количество регуляторов на объектах автоматизации росло и системы становились очень громоздкими и тяжелыми в обслуживании, поэтому после появления компьютерных систем управления (микроконтроллеры, микропроцессоры, программируемые логические контроллеры) системы автоматического регулирования стали замещаться системами автоматического управления.

Андрей Повный

 

Дополнение Михаила Алексеева (FB)

Традиционно в старой литературе считалось, что система автоматического управления (САУ) и система автоматического регулирования (САР) -- это синонимы. Но в книге Dafoss "Преобразователи частоты - просто о сложном" объясняется, что “регулирование” и “управление” это разные вещи. Логика таков: если контур замкнут обратной связью — это САУ, если разомкнут, то — САР.

В сети можно встретиться с таким определением: Автоматическое регулирование – поддерживание на постоянном уровне или изменение по заданному закону отдельных регулируемых параметров (температура, давление, расход и т.д.) в объекте управления. Система автоматического регулирования (САР) является подсистемой систем автоматического управления.

Преобразователи частоты - просто о сложном

А Википедия конкретизирует, что САР включает следующие системы:

1) системы автоматической стабилизации;

2) системы программного регулирования;

3) следящие системы.

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории В помощь начинающим электрикам, Промышленное электрооборудование

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Применение преобразователя частоты и регулятора напряжения в системах загор ...
  • Промышленные частотные преобразователи
  • Что такое ПИД-регулятор
  • Частотный преобразователь для насоса или вентилятора - на какие функции сто ...
  • Регулирование напряжения в цепях постоянного тока
  • Автоматические выключатели серии А3700 ХЭМЗ
  • Регулятор напряжения для плавного регулирования мощности на нагрузке
  • Программно-логическое управление на примере системы управления освещением и ...
  • Как выбрать терморегулятор для электрического котла отопления
  • Как выполняется регулировка температуры холодильников и морозильников
  • Категория: В помощь начинающим электрикам, Промышленное электрооборудование

    Автоматика, Исполнительные механизмы, Автоматика регулирования, Контроллеры управления, Измерительные мосты, Промышленная автоматизация, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Олег |

    Системы управления варьируются от очень простых (одномерных) до очень сложных (многопараметрических, многопроцессорных и / или многозадачных). Эта степень сложности зависист от типа используемого оборудования, типа обработки и объема автоматизации.

      Комментарии:

    #2 написал: Яков |

    Задача регулирования – выполнение «плана», т.е. «воспроизведение» заданного (требуемого) состояния объекта управления. Это состояние характеризуется (описывается) непрерывными величинами, которые должны оставаться неизменными или изменяться во времени так, чтобы технологический процесс протекал наилучшим образом. Задача системы автоматического регулирования – автоматически сформировать необходимые для этого управляющие воздействия. Очень большая часть промышленных систем регулирования являются системами стабилизации. Дело в том, что оптимальное протекание многих технологических процессов возможно только при точном поддержании их параметров на заданных уровнях. Автоматическая стабилизация часто выступает в роли «нулевой ступени» защиты. Если регулятору удается удержать технологический параметр в отведенном для него диапазоне, считается, что процесс протекает нормально. При выходе регулируемой величины из этого диапазона вступают в действие другие средства: сигнализация, переход на дистанционный режим управления, автоматическая защита.

      Комментарии:

    #3 написал: Дмитрий Коновалов |

    Управление техническими объектами требуется во множестве практических устройствах науки и техники. Решение этой задачи состоит в расчете регулятора на основании имеющейся математической модели объекта управления. Типичная структура системы автоматического управления состоит из объекта, регулятора и дифференциального усилителя (вычитающего устройства или вычитателя).

      Комментарии:

    #4 написал: Матвей Цыганков |

    Системы управления имеют давнюю историю. Люди давно разрабатывают системы управления. Использование сил природы было частью постоянного процесса. Около 2000 лет назад в Александрии было изобретено устройство, предназначенное для поддержания постоянного уровня воды в сосуде. Постоянный уровень воды приводит к постоянному давлению, что было важно для точного отсчета времени с помощью водяных часов. Связанный, но более свежий пример этого - контроль уровня воды в системе смывного унитаза. Очень простой механизм: если уровень воды ниже желаемого, вода поступает в резервуар, а если уровень воды больше или равен желаемому уровню, то она перестает поступать в резервуар. Вот нововведение, которое сыграло важную роль в использовании энергии ветра. Если основные лопасти не направлены прямо против ветра, то небольшой ветер будет проходить через хвостик маленького вентилятора. И это заставит всю верхнюю часть ветряной мельницы повернуться так, что основные лопасти будут направлены прямо против ветра. Действительно важным изобретением, возможно, вызванным промышленной революцией, является центробежный регулятор, изобретенный или, по крайней мере, усовершенствованный Джеймсом Ваттом. Если паровой двигатель работает слишком быстро, центробежный регулятор уменьшает количество пара, поступающего в двигатель. Точно так же, если двигатель работает слишком медленно, он пропускает больше пара в двигатель и позволяет двигателю работать с постоянной скоростью, даже если нагрузка на двигатель может изменяться. На создание общей теории управления потребовалось много времени, и множество очень умных людей способствовали этому в течение длительного периода времени. Харальд Блэк формализовал теорию отрицательной обратной связи, то есть вы вычитаете выход системы из желаемого входа в систему. Действительно большим нововведением в области управления явилось появление доступных небольших цифровых компьютеров, и, возможно, одним из первых и, возможно, наиболее известных примеров этого был небольшой цифровой компьютер, который был построен для навигации космического корабля Аполлон на Луну. 

      Комментарии:

    #5 написал: Дмитрий Коновалов |

    Основой заводов будущего являются роботы и роботизация производства. Роботы совершенствуются, становятся более универсальными и поэтому их использование растет.

      Комментарии:

    #6 написал: Vadim |

    Вначале область промышленной автоматизации всегда была прерогативой горстки инженеров, пытавшихся помочь управлять очень сложными технологиями, которых уже не хватало человеку с его навыками. К моменту появления компьютеров, способных выполнять эти операции, у инженеров было преимущество, так как они уже могли опираться на теорию автоматизированного управления, которая в то время была уже очень хорошо разработана и предлагала множество инструментов, которые было достаточно просто понять и использовать. 

      Комментарии:

    #7 написал: Сергей Сергеевич |

    Управление с обратной связью обеспечивает систему управления информацией о фактическом состоянии управляемой системы. Это реализуется с помощью различных типов датчиков, участвующих в так называемой обратной связи. На основании расчета отклонения фактического значения от заданного значения система управления выполняет действие.

      Комментарии:

    #8 написал: Николай |

    Система управления - это система, состоящая из группы элементов, стремящихся осуществлять контроль над другими системами. Ее цель состоит в том, чтобы эффективно выполнять задачи и задания, для которых она была запрограммирована. Для этого они должны стабильно вести себя перед лицом ошибок. Их основная функция заключается в эффективной организации и управлении всей компьютеризированной информацией, с которой работают автоматизированные машины и оборудование. Влияние систем управления в современной жизни присутствует во многих областях, например, в промышленной сфере, оно применимо для специализированных машин, требующих их работы для достижения большей эффективности процессов. Его применение в производстве бытовых устройств, таких как телевизоры, сотовые телефоны, компьютеры, стиральные машины, электрические кофеварки, видеокамеры, среди прочего, обеспечивает комфорт и благополучие человечеству. Со своей стороны, наличие автоматизированной системы управления в отрасли является выгодной стратегией для достижения большей конкурентоспособности на рынке, улучшения процессов и достижения целей, выполнение которых при использовании методов управления человеком заняло бы неопределенное время, они также являются важным инструментом экономии. труд, административные расходы и потери материалов.

      Комментарии:

    #9 написал: Борис Райцельский |

    Следующая эволюция в промышленной автоматизации требует, чтобы машина самостоятельно адаптировала свои параметры производительности для выполнения поставленной заводским оператором задачи или переконфигурировала себя, чтобы оптимизировать свое поведение на основе данных, поступающих от алгоритма искусственного интеллекта с повышенной производительностью. Ценность машины с самосознанием заключается в ее способности максимизировать производительность, продлить срок службы оборудования и снизить затраты на техническое обслуживание. Самосознание описывает систему со знанием самой себя, основанное на понимании ее возможностей и целей производительности системы. Фактически самосознательные системы управления движением требуют реализации нескольких контуров управления, которые интерпретируют входные данные датчиков и желаемые параметры системы и обеспечивают возможность сравнения собственного рабочего поведения с желаемой производительностью системы. Чтобы достичь этих целей и создать самосознающие системы управления движением, необходимо создать адаптивный агент управления движением, чтобы отслеживать действия системы и динамически адаптировать ее производительность в зависимости от рабочей среды системы привода. 

      Комментарии:

    #10 написал: Оля |

    В последние годы резко ускорилась тенденция к технологии децентрализованной автоматизации из-за запуска преобразователей частоты в сочетании с асинхронными двигателями или мотор-редукторами, которые экономят место и затраты и оптимизируют потребление энергии. 

      Комментарии:

    #11 написал: Леонид Дробышев |

    Теория управления - эта тема посвящена тому, как заставить вашу машину делать то, что вы от нее хотите. Простой пример — круиз-контроль в вашем автомобиле. Установите круиз-контроль, и система управления позволит больше топлива поступать в двигатель, когда вы поднимаетесь на холм, и ограничивает подачу топлива, когда вы спускаетесь с другой стороны, чтобы поддерживать постоянную скорость. Количество топлива регулируется относительно простым алгоритмом управления. Теория управления посвящена тому, как устанавливать параметры таких систем, насколько чувствительными они должны быть, как узнать, когда они могут стать нестабильными и как бороться с этим, когда они делают. Теория управления в значительной степени математическая, но довольно красивая в том, как она описывает все виды естественных и искусственных систем.

      Комментарии:

    #12 написал: Алина |

    Автоматизация, оцифровка, роботизация, 3D-печать или искусственный интеллект — это современный тренд индустрии 4.0, нового типа промышленной революции.

      Комментарии:

    #13 написал: Сергей |

    При проектировании систем контроля и авто регулирования в энергосистемах и особенно в химико-технологических процессах значительное внимание уделяется выбору схем световой и звуковой сигнализации. В технологических процессах химии это особенно важно, так как приходится контролировать не только технологический режим, но и токсичность и взрывобезопасность. Правильно подобранная схема гарантирует четкую работу сигнализации, предотвращает аварии и несчастные случаи и дает возможность своевременно принять меры к устранению причин, вызвавших нарушение нормального режима.

      Комментарии:

    #14 написал: Михаил |

    Автоматизированная система управления - это интеллектуальная система, в которой для сбора, обработки и управления информацией используются разнообразные автоматические устройства. Однако следует подчеркнуть, что в такой системе главную и наиболее ответственную роль играет человек. Термин "автоматизированная" всегда предполагает обязательное и основное вмешательство человека. Эти системы иногда также называют человеко-машинными или арготическими. Автоматизированные системы управления предназначены для того, чтобы значительно увеличить эффективность управления процессами. Человек, работая в такой системе, может сосредотачиваться на более важных и стратегических аспектах управления, в то время как рутинные и монотонные задачи выполняются автоматически. Это не только снижает вероятность ошибок, но и повышает производительность и эффективность работы системы в целом. Таким образом, автоматизированные системы управления играют ключевую роль в современных технологических процессах, обеспечивая оптимизацию ресурсов и повышение общей эффективности.

      Комментарии:

    #15 написал: Сергей |

    Эффективность и экономичность работы того или иного производства зависит от того, как технологические процессы и переменные процессы управляются с помощью специального системного регулирования.

    Системы регулирования (САР) применяются для регулирования отдельных параметров (температура, давление, уровень, расход и т.д.) на объекте управления. Для осуществления регулирования регулируемому объекту понижается автоматический регулятор, вырабатывающий управляющее воздействие на регулирующий орган. Системы регулирования могут создаваться на основе двух основных методов регулирования: регулирования с обратной связью, которая работает посредством исправления отклонений переменного процесса после того, как они возникли; и с воздействием на возмущение, эти различия в переменном процессе.

    Системы автоматического управления (САУ) обеспечивают постоянство каких-либо физических измерений (групп величин) в объекте управления. Если СУ действует без участия человека (оператора), то она называется системой автоматического управления (САУ). Если СУ действует с участием человека (оператора), то она называется автоматической СУ. Системы управления могут быть реализованы в различных областях, таких как авиация, космонавтика, военная техника и т.д.

    Теория автоматического управления (ТАУ) - это научная дисциплина, изучающая механизмы автоматического управления объектами разной природы. Она включает в себя инструменты и практикует автоматическое управление, а также принципы автоматического построения систем и создания их технических средств. Основные понятия технического управления включают в себя управление, цели, объекты, систему автоматического управления и многомерность.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.