Тоу в автоматизации что это

Тоу в автоматизации что это

Основные понятия, используемые при изучении предмета АСУТП

Здравствуйте. Мы начинаем изучение такого предмета, как автоматизированные системы управления технологическими процессами. Начнем с древних греков. Именно они придумали слово «аутоматос», что означает «самодействующий аппарат», с него и началось разнообразное применение вариантов этого слова. (слайд 2)

Под автоматизацией понимают применение методов и средств автоматики для превращения неавтоматических процессов в автоматические. Есть и нюансы, например, применяются и словосочетание «автоматическая система» и словосочетание «автоматизированная система». Разница этих понятий в степени самостоятельности работы каждой из этих систем. Автоматическая система фактически не предполагает участия человека, автоматизированная же предполагает наличие человека-оператора, контролирующего процесс.

На слайде 3 представлены практические цели АСУТП на нефтедобывающем предприятии.

Обеспечение оптимальных или близких к оптимальным показателей технологических и производственных процессов за счёт:

Таким образом, (слайд 4) можно дать следующее определение АСУТП.

При этом под технологическим объектом управления понимается совокупность технологического оборудования и реализованного на нём в соответствии с инструкциями и регламентами технологического процесса производства, рассматриваемые как объекты управления.

Процесс автоматизации производства зародился вместе с самим производством и в процессе своего развития прошел целый ряд этапов: от управления при помощи простейших технических устройств, до современных АСУ, построенных на базе вычислительной техники (ВТ).

Перейдем к базовым компонентам АСУТП (слайд 6). АСУТП состоит из следующих компонентов:

КТС и СПО образуют программно-технический комплекс (ПТК).

ПТК и ФАУ образуют АСУТП

Таким образом, в АСУТП выделяются следующие основные компоненты:

q комплекс технических средств АСУТП (КТС);

q системное программное обеспечение реального времени (СПО);

q функциональные алгоритмы и программы управления (ФАУ).

Следующее понятие (слайд 7) – это ТОУ – технологический объект управления. ТОУ – это совокупность технологического оборудования и реализованного на нём по соответствующим инструкциям и регламентам технологического процесса.

Совместно функционирующие ТОУ + Управляющая им АСУТП образуют АТК (автоматизированный технологический комплекс)

Степень достижения поставленных целей автоматизации ТОУ принято характеризовать с помощью критериев управления

Критериями управления могут быть:

q технико-экономические показатели (себестоимость, производительность и т.п.);

q технологические показатели (параметры процесса, характеристики выходного продукта).

Цели АСУТП мы определили раньше, сейчас можно рассмотреть назначение – задачи, которые решаются с помощью АСУТП (слайд 8).

q Обеспечение безопасности функционирования

q Стабилизация параметров входных потоков

q Получение заданных параметров выходных продуктов

q Оптимизация режима работы объекта

q Согласование режимов работы оборудования

При функционировании АСУТП на каком-либо производстве выделяются три основные группы функций АСУТП (слайд 9):

Управляющие функции

Результатами их выполнения являются выработка и реализация управляющих воздействий на управляемую систему.

Вспомогательные функции обеспечивают решение внутрисистемных задач (самодиагностика системы).

Как любая сложная система, АСУТП включают в себя следующие составные части (слайд 10):

Перейдем к схемам управления технологическим процессом. Наиболее простая схема – управление в режиме сбора данных (слайд 11).

Подсоединение осуществляется посредством устройства сопряжения с объектом (УСО). Измеряемые величины преобразуются в цифровую форму. Результаты вычислений регистрируются устройствами вывода АСУТП для последующего изучения технологического процесса в различных условиях его прохождения. На основе этого можно построить или уточнить математическую модель управляемого процесса.

Данный режим не оказывает прямого воздействия на технологический процесс. Здесь нашел осторожный подход к внедрению методов управления в АСУТП. Однако данная схема используется как одна из обязательных подсхем управления в других более сложных схемах управления технологическими процессами.

Современные технологические процессы характеризуются следующими особенностями, влияющими на построение АСУТП (слайд 12).

q На протекание технологических процессов наибольшее влияние оказывают наблюдаемые, но неуправляемые (меняющиеся самопроизвольно) возмущения. Следовательно, управление процессом необходимо выстраивать с учётом влияния этих возмущений;

q Для описания технологических процессов используются различные уравнения, заранее неизвестные или известные приближенно. Следовательно, в АСУТП должно осуществляться построение математической модели, которая должна непрерывно автоматически уточняться;

q Алгоритм управления не должен существенно изменяться при изменении количества учитываемых факторов, что позволит обеспечить ввод в действие АСУТП путем постепенного дополнения новыми переменными;

q Система должна обладать высокой надежностью.

Перечисленные требования должны удовлетворяться в рассматриваемых ниже методах управления. Следующий метод управления – управление по возмущению (слайд 13).

Возмущение n(t), действующее на входе технологического процесса, с помощью датчиков (Д) поступает в АСУТП, где вводится в модель технологического процесса. Получающаяся на выходе модели оценка выхода технологического процесса сравнивается с уставкой Х0, разность Е поступает на управляемый объект (УО) как управляющее воздействие. Основное преимущество подобной схемы управления состоит в быстрой реакции системы на возмущение.

Не буду загромождать Ваше первоначальное восприятие другими схемами управления, их мы изучим далее.

На слайде 14 представлено укрупненное представление глобальной автоматизированной системы управления предприятием АСУП и отдельных ее составляющих. Как видим, системы управления технологическими процессами «растворились» в других автоматизированных системах, хотя автоматизация кадровой работы и бухгалтерии тоже является примером построения АСУТП, только под технологическими процессами здесь понимаются учет и контроль кадровых и бухгалтерских документов, производящийся по четким, оговоренным правилам.

Вернемся к нашим «железякам». Ваша будущая работа, скорее всего, будет связана именно с ними. Поэтому про них и будем разговаривать.

На чем стоит построение любой АСУТП. Во-первых, на получении информации, во-вторых, на обработке информации и выработке управляющего воздействия, и, в-третьих, на исполнении управляющего воздействия.

Фактически так, по таким уровням и строятся современные АСУТП (слайд 15).

Первый (нижний) уровень составляют датчики и исполнительные механизмы. К ним относятся не только простейшие преобразователи физических величин в электрические сигналы, но и довольно сложные устройства, обрабатывающие по собственным алгоритмам как входные сигналы, так и выходные команды.

Второй уровень формируют программируемые контроллеры, включая загруженные в них программы сбора и обработки данных, а также удаленные модули ввода-вывода. Современная контроллерная техника позволяет максимально приблизить устройства сбора информации и выдачи команд к объектам первого уровня системы, что позволяет повысить надежность системы и сэкономить кабельные комплектующие.

Основные функции первого уровня (слайд 16).

Основные функции Второго уровня (слайд 17).

Основные функции, выполняемые на 3 уровне (слайд 18).

Все это многообразие иллюстрируется слайдом 19, где представлена развернутая структура Современной АСУТП. Подчеркивается, что основными компонентами верхнего уровня, точнее говоря, центра управления производством, являются:

Операторская часть отвечает за связь между оператором и процессом на уровне управления. Она выдает информацию о процессе и позволяет в случае необходимости вмешаться в ход автоматического управления. Обеспечивает диалог между системой и операторами.

Система подготовки отчетов выводит на экраны, принтеры, в архивы и т.д. информацию о технологических параметрах с указанием точного времени измерения, выдает данные о материальном и энергетическом балансе и др.

Система анализа тенденций дает оператору возможность наблюдения за технологическим параметрами и делать соответствующие выводы.

21 слайд посвящен одной из главных особенностей функционирования АСУТП – необходимости поддерживать режим реального времени. Последовательность и продолжительность опроса датчиков, передача и исполнение управляющих воздействий должны быть строго запротоколированы и отклонение от этого регламента часто приводит к технологическим и финансовым потерям.

Слайд 22 посвящен возможным путям построения АСУТП. Их всего три – купить за бугром, купить в своей стране, и построить самим. О пользе и вреде каждого подхода можно сломать не одно копье, мы этим заниматься не будем. Скажу только, что преимущество использования «отечественного производителя» чаще всего в том, что одновременно с приобретением «железа», мы можем еще приобрести и «мозг», получая достаточно быстрый доступ к конструктору-разработчику, что всегда радует. Самостоятельное изготовление и построение АСУТП возможно только при наличии очень высокоподготовленных специалистов.

Исторически АСУТП строились следующим образом. На первых порах (слайд 23) одна супервычислительная мощность использовалась, главным образом, в схеме управления в режиме сбора данных. Это происходило, главным образом потому, что протяженность коммуникационных каналов от объекта управления до центра обработки информации и скорость ее передачи сводили на нет все усилия построить АСУТП с функцией регулирования и формирования управляющего воздействия.

Следующий этап развития АСУТП представлен на слайде 24. Это время построения распределенных вычислительных систем и отказа от жесткой централизации. Очень важным свойством оказалась открытость таких систем. Очень возросли мощности коммуникационных линий по передаче информации.

Преимущества использования данной концепции приведены на слайде 26. Главное в этой технологии то, что информационный сигнал и электропитание подводятся к объекту по одной витой паре.

При этом мастер-устройство (слайд 27) отвечает за соблюдение протокола, производит опрос вторичного ведомого устройства. А так как данные дискретны, и уже не представляют собой аналоговый сигнал, то и линии данных не испытывают перегрузок.

Слайд 28 фактически перечисляет оборудование, входящее в состав современных АСУТП. При этом АСУТП имеют распределенный характер, с разделенными друг от друга операторскими станциями и станциями управления. Функции их представлены на слайде 29.

Основным элементом станции управления, на современном этапе, являются контроллеры и микроконтроллеры. Основные требования к ним представлены на слайде 30.

И последние слайды посвящены очень большой и важной составляющей АСУТП – это ее программной части, программному обеспечению, которое фактически и является базисом функционирования АСУТП,

Источник

Описание технологического объекта управления (ТОУ)

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ И

Основные требования к автоматизации

1. Рациональный уровень автоматизации конкретного производства должен быть обоснован экономически. Этот уровень определяется не только технологическими и техническими показателями, но и социально–экономическими последствиями автоматизации.

2. Сложность алгоритмов управления должна соответствовать поставленной задаче автоматизации.

3. Внедрение АСУ целесообразно вести поэтапно, создавая иерархические системы. Например, I уровень – САК, II уровень – САР, III уровень – АСУ ТП, IV уровень – АСУП.

При этом повышается надежность и эффективность управления благодаря автономному функционированию нижних уровней.

4. Максимальный экономический эффект достигается в ходе разработки новых технологических процессов и агрегатов с полной их автоматизацией при использовании достижений теории автоматического управления (ТАУ), современной элементной базы ТСА и управляющих вычислительных комплексов (УВК).

Совокупность технических устройств (машин, орудий труда, средств механизации), реализующих технологический процесс, называется объектом управления. В сочетании со средствами управления он образует систему управления (СУ).

Система управления, в которой рабочие и управляющие операции выполняются без участия человека, называется автоматической.

Система, в которой автоматизирована только часть операций управления, а другая часть (обычно наиболее ответственная) выполняется людьми, называется автоматизированной.

Круг объектов и операций управления весьма широк. Он охватывает технологические процессы и агрегаты, группы агрегатов, цехи, целые предприятия, человеческие коллективы, организации, государства и т.д.

Из этого множества специалисты по автоматизации занимаются только такими видами управления, которые свойственны главным образом техническим объектам и технологическими процессам.

Всякий объект управления характеризуется совокупностью технических величин, называемых параметрами. На рисунке 2.1 приведена классификация параметров ТОУ.

Внутренние параметры не изменяются в процессе функционирования объекта. Например, внутренними параметрами методической нагревательной печи как объекта управления можно считать габариты печи, количество форсунок, их проходное сечение и т.п.

Внешние параметры объекта управления можно разделить на входные и выходные.

Выходные параметры (зависимые переменные, регулируемые величины) характеризуют качество управляемого процесса – цель управления.

Например, для нагревательной печи в качестве таких величин можно рассматривать температуру внутрипечного пространства, температуру заготовок на выходе печи, перепад температуры по их длине и сечению и т.п.

Рис. 2.1. Классификация параметров объекта управления

Входные параметры делятся на неуправляемые возмущения и управляемые воздействия.

Возмущения бывают двух видов: нагрузки и помехи.

Нагрузка – это полезное возмущение, которое не только допускается при нормальной работе объекта, но и неразрывно связано с его назначением.

Например, для штамповочного пресса нагрузкой является переменное сопротивление заготовки, из которой получают необходимое изделие.

Помеха – это вредное возмущение, мешающее нормальному функционированию объекта. Например, для электропечи – это колебания питающего напряжения.

Воздействия вырабатываются человеком или автоматическим устройством и тоже делятся на два вида: задающие, которые определяют требуемое значение выходной величины в штатном режиме работы объекта, и управляющие, которые призваны компенсировать действие возмущений случайного характера.

Описать любую техническую систему как объект управления – значит определить для нее все входные и выходные параметры.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Описание технологического объекта управления (ТОУ)

Всякий объект управления характеризуется совокупностью технических величин, называемых параметрами. На рисунке 2.1 приведена классификация параметров ТОУ.

Внутренние параметрыне изменяются в процессе функционирования объекта. Например, внутренними параметрами методической нагревательной печи как объекта управления можно считать габариты печи, количество форсунок, их проходное сечение и т.п..

Внешние параметрыобъекта управления можно разделить на входные и выходные.

Выходныепараметры (зависимые переменные, регулируемые величины) характеризуют качество управляемого процесса – цель управления.

Например, для нагревательной печи в качестве таких величин можно рассматривать температуру внутрипечного пространства, температуру заготовок на выходе печи, перепад температуры по их длине и сечению и т.п.

Рис. 2.1. Классификация параметров объекта управления

Входные параметрыделятся на неуправляемые возмущения и управляемые воздействия.

Возмущения бывают двух видов: нагрузки и помехи.

Нагрузка – это полезное возмущение, которое не только допускается при нормальной работе объекта, но и неразрывно связано с его назначением.

Например, для штамповочного пресса нагрузкой является переменное сопротивление заготовки, из которой получают необходимое изделие.

Помеха – это вредное возмущение, мешающее нормальному функционированию объекта. Например, для электропечи – это колебания питающего напряжения.

Воздействия вырабатываются человеком или автоматическим устройством и тоже делятся на два вида: задающие, которые определяют требуемое значение выходной величины в штатном режиме работы объекта, и управляющие, которые призваны компенсировать действие возмущений случайного характера.

Описать систему как объект управления – значит определить для него все входные и выходные параметры.

Источник

По степени важности ТОУ в производстве

Методические материалы по курсу лекций

Часть 1.

Материалы к лекции №1

Введение. Общие подходы к автоматизации технологических процессов (ТП).

Предметом изучения в данном курсе являются проблемы автоматизации основных процессов производств.

Основные производства и составляющие их технологические процессы мы рассматриваем в данном курсе как объекты управления.

Объекты управления.

Определение ТОУ:

Требования к ТОУ.

· Оборудование ТОУ должно быть полностью механизировано и должно безотказно работать в межремонтный период.

· ТОУ должен быть управляем, т.е. разделен на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них изменением материальных и энергетических потоков.

· Возможность воздействия на характеристики оборудования.

· Возможность доступа обслуживающего персонала к местам установки датчиков, исполнительных механизмов, регулирующих органов.

· Число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму, что возможно в результате установки: ресиверов; емкостей с мешалками; теплообменников, уменьшающих амплитуду и частоту изменения таких параметров, как давление, состав, температура.

Классификация

Процессов и производств как ТОУ.

1. По тоннажу продукции и структуре ассортимента:

2. По характеру временного режима функционирования:

По степени важности ТОУ в производстве.

4. По информационной емкости ТОУ:

Степень сложности ТОУ характеризуется информационной сложностью объекта, т.е. числом технологических параметров, участвующих в управлении.

Источник

Автоматизация производственных процессов (контрольная работа). Булдаков К.В. Контрольная работа. Вариант 13 4) Технологические, объекты управления (тоу). Требования, предъявляемые к тоу. Классификация тоу

4) Технологические, объекты управления (ТОУ). Требования, предъявляемые к ТОУ. Классификация ТОУ.

Совместно функционирующие ТОУ и управляющая им АСУТП образуют автоматизированный технологический комплекс (АТК). Автоматизированная система управления технологическим процессом – человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием.

Классификация по типу технологического процесса

Во многих ТОУ проводятся процессы, подчиняющиеся нескольким законам. Например, технологический процесс в ректификационной колонне подчиняется законам гидродинамики (так как происходит перемещение потоков), тепло- и массопередачи (между потоками жидкости и пара постоянно осуществляется тепло- и массообмен). Естественно, что управлять таким процессом значительно сложнее.

Классификация по характеру технологического процесса. Характер технологического процесса определяется по временным режимам работы технологического оборудования.

ТОУ с непрерывным характером производства. Сырье и реагенты в такие ТОУ поступают практически безостановочно, а технологический режим после пуска ТОУ устанавливается неизменным на длительные сроки (неделя, месяц, квартал, год).

В ТОУ с периодическим (дискретным) характером производства, которые преобладают на шинных, резино- и асбесто-технических заводах, длительность технологических операций незначительна (минуты, часы); в одном и том же аппарате часто проводят разные технологические процессы с изменением во времени заданных значений параметров. Автоматизация периодических процессов существенно осложнена необходимостью перестройки работы аппаратов, заключающейся в изменении технологических режимов, а также маршрутов материальных и энергетических потоков.

Часть производств, например некоторые производства синтетических волокон, удобрений, включают как непрерывные, так и дискретные технологические процессы.

Классификация по информационной емкости.

Большая часть ТОУ энергетики технологии относится к объектам с числом параметров до 1000.

Классификация по характеру параметров управления. По этому признаку ТОУ делятся на объекты с сосредоточенными и распределенными параметрами. К первым относятся ТОУ, регулируемые параметры которых (уровень жидкости, давление, температура) имеют одно числовое значение в разных точках в данный момент времени. Это простейшие объекты – емкость, испаритель, насос, компрессор.

Большая часть объектов энергетики относится к объектам с распределенными параметрами, значения которых неодинаковы в различных точках объекта в данный момент времени. Так, в турбинных агрегатах ТЭС температура различна по пространству; в топке состав дымовых газов неодинаков по объему.

21) На каком принципе работают пружинные приборы? Виды пружинных приборов. Приведите схему манометра с трубчатой пружиной и объясните его работу.

Пружинные манометры. Чувствительным элементом в них являются одно или многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе с ним находится в общем корпусе. Одновитковая пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом же основании смонтирован механизм передачи со стрелкой и круглый корпус манометра. Измеряемая среда подводится во внутреннюю полость пружины через ниппель.

Под давлением измеряемой среды трубчатая пружина стремится выпрямиться, ее свободный конец отклоняется и через тягу поворачивает зубчатый сектор, который в свою очередь поворачивает грибку (шестерню), а с ней и стрелку на угол, пропорциональный давлению. При повороте шестерни стрелка, сидящая на ее пси, тоже поворачивается и указывает на шкале измеряемое давление. Многовитковая пружина представляет собой полую трубку с пятью — семью витками, расположенными по винтовой линии. Пружина одним концом А неподвижно закреплена в корпусе прибора и через капиллярную трубку соединяется с измеряемой средой. Второй свободный конец Б пружины наглухо закрыт и через втулку соединен с осью.

Многовитковая трубчатая пружина длиннее одновитковой, поэтому ее свободный конец при том же давлении перемещается значительно больше. Под действием давления пружина, раскручиваясь, поворачивает ось и сидящий на ней рычаг с кареткой. Поворот рычага и каретки передается через тягу поводку и мостику. С мостиком жестко связан держатель пера. С изменением давления перо движется по диаграммной бумаге и записывает давление. Диаграммную бумагу перемещает часовой механизм или электрический синхронный двигатель. Манометры с многовитковой пружиной применяют главным образом как самопишущие приборы. Их используют также для дистанционной передачи показаний на расстояние. В этом случае в манометр встраивают электрическое или пневматическое передающее устройство.

Мембранные манометры. В качестве примера манометров этого типа на рассмотрим манометр мембранный электрический (ММЭ), входящий в систему ГСП, который является бесшкальным прибором. Их применяют для измерения избыточного давления неагрессивных жидкостей или газов и преобразования его в унифицированный электрический выходной сигнал, подаваемый на вторичный измерительный прибор.

Манометр состоит из трех основных узлов:

В измерительный блок входит мембранная коробка с плоской мембраной (чувствительный элемент), ввинченной в крышку, и магнитный плунжер. Измеряемое давление через штуцер подается внутрь корпуса, закрытого герметично крышкой. К крышке зажимом, надетым на втулку и затянутым винтом, жестко крепится преобразователь.

Усилитель установлен на трех стойках, укрепленных на крышке, под действием измеряемого давления скрепленной с мембраной плунжер перемещается вверх, в результате чего постоянный магнит М создает магнитный поток. Разность этого потока и потока обратной связи (устройство обратной связи на рисунке не показано) преобразуется в электрический сигнал рассогласования и усиливается усилителем, после чего в виде выходного токового нала подается на вторичный измерительный прибор.

32) Расходомеры постоянного перепада давления. Почему ротаметры нельзя устанавливать на горизонтальных участках трубопроводов? Приведите схему ротаметра с дифференциально-трансформационной передачей.

Расходомеры постоянного перепада называются ротаметрами. Принцип действия этих приборов основан на измерении изменяющегося проходного сечения отверстия для течения жидкости или газа. Существует два типа ротаметров: с поплавком, свободно перемещающимся внутри конусообразной трубки (ротаметры), и с нагруженным поршнем.

В ротаметрах первого типа поток измеряемого вещества, перемещающийся в конусообразной трубе снизу вверх, поднимает поплавок до тех пор, пока сечение кольцеобразного промежутка между поплавком и стенками трубки не достигает величины, при которой силы воздействия протекающего вещества на поплавок не уравновесятся его весом.

Ротаметры второго типа состоят из цилиндра с прямоугольным отверстием для течения жидкости или газа и перемещающегося поршня. Под действием вещества поршень перемещается и изменяет проходное сечение отверстия до такого размера, при котором сила, воздействующая на поршень и возникающая вследствие перепада давления до и после отверстия, не уравновесится весом поршня.

Отечественной промышленностью выпускаются ротаметры двух видов: со шкалой измерений, которая нанесена на стеклянную трубку, и бесшкальные с металлической трубкой, с электрической или пневматической передачей показаний.

Ротаметр со шкалой (рис. 30) состоит из вертикальной расширяющейся кверху конусной стеклянной трубки. Внутри трубки находится поплавок, свободно плавающий в потоке жидкости или газа. Шкала прибора имеет равномерные деления и нанесена непосредственно на стеклянную трубку. Прибор устанавливают только в вертикальном положении. Верхняя грань поплавка указывает на шкале расход жидкости или газа.

Бесшкальные ротаметры с электрической и пневматической дистанционной передачей изготовляют в металлическом корпусе. Они работают в комплекте с другими приборами. Принцип их действия аналогичен принципу действия ротаметров, имеющих шкалу измерений. Основные характеристики ротаметров с электрической дистанционной передачей и ротаметров с пневматической дистанционной передачей представлены в табл.

37) Какие типы уровнемеров используются на Вашем предприятии? Изобразите системы автоматического контроля уровня по ГОСТу 21.404-85.

В качестве примера будет описан алгоритм контроля работы системы водоснабжения состоящей из накопительной ёмкости и трёх насосов, работающих на данную ёмкость.

Плотность является одним из параметров, характеризующих качество получаемой продукции. Плотностью называется отношение массы тела к его объему

где ρ_t – плотность жидкости при рабочей температуре;

ρ_t’ – плотность жидкости при некоторой температуре, отличной от рабочей;

β – средний коэффициент объемного теплового расширения жидкости в интервале температур от t до t’.

Принято указывать плотность жидкостей при нормальной температуре (20 о С). Эту плотность подсчитывают по формуле

Наибольшее применение из плотномеров для измерения плотности жидкости получили поплавковые, массовые, гидростатические и буйковые радиоизотопные.

Работа поплавковых плотномеров основана на законе Архимеда. Поплавковые плотномеры изготовляют с плавающим и с плотностью погруженным поплавком. В приборах первого типа мерой плотности служит глубина погружения поплавка определенной формы и постоянной массы. В плотномерах второго типа глубина погружения поплавка практически постоянна, а измеряют действующую на поплавок выталкивающую силу, пропорциональную плотности жидкости.

В плотномерах первого типа сила тяжести поплавка уравновешивается выталкивающей силой, действующей на поплавок как со стороны исследуемой среды плотностью ρ, так и со стороны среды, находящейся над зеркалом жидкости, плотностью ρ_о (см. рис. 2.). При равновесии поплавка выталкивающая сила равна силе тяжести поплавка. При этом каждому значению плотности исследуемой среды соответствует определенная глубина погружения поплавка. Выталкивающая сила, действующая на поплавок произвольной формы, определяется соотношением (из темы «поплавковые уровнемеры):

Плотномер может быть изготовлен из коррозионно-стойких материалов и применен для измерения агрессивных жидкостей.

В плотномерах второго типа поплавок (буек) полностью погружен в измеряемую среду. Перемещение буйка при изменении выталкивающей силы вызывает усилие, которое компенсируется сжатием пружины или каким-либо другим способом. По величине компенсирующего усилия можно судить об изменении выталкивающей силы, а следовательно, и о плотности среды. Такие плотномеры можно использовать и для определения концентрации твердой фазы в жидкости

На рис.2. приведена упрощенная схема плотномера с полностью погруженным поплавком (буйком). При отсутствии в жидкости частиц твердой фазы растяжение пружины максимально и равно l. При этом сила тяжести G буйка уравновешивается усилием F_п со стороны пружины и выталкивающей силой F_в, т.е.

где ρ_δ – плотность материала буйка;

g – ускорение свободного падения;

Z – жесткость пружины;

l – начальная деформация пружины;

При появлении в жидкости частиц твердой фазы, равномерно распределенных по всему объему измерительного сосуда, плотность среды становится равной ρ, в результате чего равенство (2) принимает вид

где Δl– перемещение буйка.

Как видно, зависимость деформации Δl пружины от приращения (ρ – ρ_ж) имеет линейный характер, что является весьма важным преимуществом буйковых плотномеров. К тому же в буйковых плотномерах за счет полного погружения поплавка исключается поверхностное натяжение жидкости.

По принципу работы плотномер с полностью погруженным поплавком, в котором применен пневматический преобразователь, аналогичен пневматическому преобразователю силовой компенсации. Уровень жидкости в камере плотномера поддерживается постоянным.

Существуют разнообразные конструкции плотномеров с погруженным поплавком, различающиеся конструкцией поплавка, уравновешивающего устройства, механизмом передачи показаний на расстояние, методом автоматической температурной компенсации и др.

Выталкивающая сила, действующая на поплавок может уравновешиваться пружиной, дополнительным поплавком, помещенным в эталонную жидкость, пневматическим преобразователем и др.

Для весового метода характерны независимость показаний от свойств среды (поверхностное натяжение, вязкость, наличие твердых частиц и др.) и параметров контролируемого потока (скорость движения через чувствительный элемент, давление, пульсация расхода и давления и др.) на рис.1. дана принципиальная схема весового плотномера с электрическим силовым преобразователем. Плотномер состоит из чувствительного элемента 1 в виде горизонтальной петлеобразной трубы, закрепленной с одного конца в опоре 4, выполненной на двух подшипниках качения. Труба имеет два гибких сильфонных перехода для подвода и отвода жидкости.

Перемещение центра тяжести трубы (точка х) в вертикальной плоскости индикатор рассогласования 5 преобразует в электрический сигнал, который в свою очередь, преобразуется в компенсационное усилие обратной связи F_o, приложенное к рычагу 8 (точка х₂). В точке х действует сила

P = G_T + G_ж + ΔG — G_r

где G_T – сила тяжести пустой трубы;

G_ж – сила тяжести жидкости в трубе при минимальной плотности;

ΔG — изменение силы тяжести контролируемой жидкости в трубе;

G_{r —} приведенная к точке х сила тяжести груза.

Принцип действия гидростатических плотномеров основан на том, что давление р жидкости на расстоянии Н от ее поверхности определяется выражением

где ρ – плотность жидкости;

g– ускорение свободного падения.

Из формулы (1) следует, что двоение столба жидкости постоянной высоты Н является меры плотности жидкости.

В плотномерах этого типа давление столба жидкости обычно измеряют косвенно непрерывным продуванием через жидкость инертного газа (воздуха), давление которого пропорционально давлению столба жидкости (пьезометрические плотномеры). Такой метод измерения давления столба жидкости позволяет легко передавать показания на расстояние. Инертный газ выбирают в зависимости от свойств жидкости, плотность которой измеряют.

Расход продуваемого инертного газа должен быть небольшим и постоянным, так как колебания расхода могут вызвать дополнительную погрешность измерения.

Обычно измеряют разность давлений двух столбов жидкости разной высоты (дифференциальный метод). Это позволяет исключать влияние на точность измерения колебаний уровня исследуемой жидкости.

Согласно формуле (2) показания дифманометра

Эталонную жидкость подбирают с плотностью, равной плотности исследуемой жидкости. При этом условии и при условии, что h₀ = h, разность давлений Δр = 0; тогда плотность исследуемой жидкости минимальна. Разность давлений достигнет максимального значения при максимально возможной плотности исследуемой жидкости.

Принцип действия этих механических плотномеров основан на зависимости параметров упругих колебаний (вибрация), сообщаемых камере с анализируемым веществом или телу, размещенному в нем, от плотности этого вещества. Обычно в качестве параметра упругих колебаний используется частота собственных колебаний резонатора, находящегося в режиме автоколебаний. Резонаторы вибрационных плотномеров выполняют в виде трубки, пластины, стержня, струны, камертона и т.д.

Частота собственных колебаний резонатора, заполненного или находящегося в анализируемом веществе, описывается в общем случае выражением

где f₀ – частота колебаний резонатора при начальном значении плотности анализируемого вещества;

k – константа, зависящая от конструкции резонатора.

75) Что такое устойчивость САР? Понятие о возмущающих воздействиях.

Переходной процесс в виде незатухающих колебаний с постоянной амплитудой (рис.23,в) характеризует линейную САР, находящуюся на грани устойчивости (неустойчивости). Вопрос о работоспособности САР с колебательными переходными процессами решается в зависимости от конкретных условий. Если колебания регулируемой величины не выходят за пределы допустимых отклонений, а периодические изменения режима объекта, соответствующие воздействию регулятора на объект, не снижают надежности работы оборудования, то такие САР могут считаться устойчивыми или работоспособными.

101) Укажите назначение и основные функции АСУТП.

Назначение АСУ ТП состоит в поддержании установленных режимов технологического процесса за счет контроля и изменения технологических параметров, выдачи команд на исполнительные механизмы и визуального отображения данных о производственном процессе и состоянии технологического оборудования. В функции АСУ ТП входит предупреждение аварийных ситуаций, анализ контролируемых значений, стабилизация режимных параметров и технологических показателей. Автоматизация помогает в достижении основных целей политики предприятия в вопросах экономики и качества.

АСУ ТП получила широкое распространение в таких отраслях, как: аграрная промышленность, нефтегазовый комплекс, машиностроение, электроэнергетика, горнодобывающий производственный комплекс, металлообработка, пищевая промышленность и др. Автоматизируются гидромеханические, массообменные, тепловые процессы; процессы очистки, фильтрации, переработки, разделения, измельчения, хранения, отгрузки, приемки, дозации, пуска и остановки, измерения и множество других. От состава АСУ ТП зависят потенциальные возможности системы, а также качество функционирования автоматизированного объекта.

Источник