18 | 08 | 2019

Навчальний посібник Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування (частина 1)

1.4.3. Розміщення приладів і засобів автоматизації

Більшість приладів і засобів автоматизації повинні розміщуватись у щитах або пультах, це означає, що розміри щитів і пультів залежать від розмірів технічних засобів. Розглянемо деякі положення, якими необхідно керуватись при визначенні розмірів щитів (рис.1.21).

Прилади і апарати на лицьовій стороні щита розміщуються, виходячи з умов забезпечення зручності роботи оператора, а також безпеки обслуговування. Щити з дверима, у яких глибина, тобто відстань від дверей до протилежної стінки не перевищує 600 мм, відносяться до щитів, які обслуговуються зовні. У таких щитах апарати і прилади з відкритими струмоведучими частинами можна встановлювати на будь-яких внутрішніх стінках. У пультах для розміщення апаратів і приладів, як правило, використовують тільки робочу (верхню) поверхню пульта і передню стінку приставки для приладів.

На внутрішніх стінках рекомендується встановлювати тільки збірки затискачів.

При розміщенні приладів і апаратів в щитах і пультах відстань між відкритими струмоведучими елементами різних фаз, а також між елементами і неізольованими металевими частинами повинна бути не менше 20 мм по поверхні ізоляції і 12 мм по повітрі.

Рис. 1.21. Загальний вигляд пульта з мнемосхемою

1 – корпус пульта; 2 – рамка для надпису; 3 – символ стрілки; 4 – символ Насоса; 5 – символ ємності; 6 – символ трубопроводу для води; SВ1 – Кнопка сигналізації; SА3, SА4 Ключі керування В105 (1-В105); 5Технологічне позначення насосів; НL19Сигнальне табло; НL6-НL11Арматура сигнальна з склом жовтого кольору; НL12Червоного Кольору; НL13 - НL17Зеленого кольору; ІВвімкнено-вимкнено;IIОпробування сигналізації; IIIЗняття сигналу

Апарати і прилади, які встановлюють всередині щитів рекомендується встановлювати на таких відстанях від основи щита:

• трансформатори і інші джерела живлення малої потужності на відстані 1700 - 2000 мм;

• панелі з вимикачами, запобіжниками, автоматами на відстані 700-1700 мм;

• реле на відстані 600 - 1900 мм

• збірки затискачів при вертикальному розташуванні з врахуванням підключення знизу: нижній край збірки – 350 мм, верхній край збірки – 1900мм.

• збірки затискачів при горизонтальному розташуванні – 350 - 800 мм;

• відстань між збірками затискачів – 200 мм.

• відстань від приладу до стінки щита – 100 мм.

• відстань між приладами по горизонталі – 50 мм, по вертикалі – 40 - 80 мм.

Апарати, які виділяють при роботі велику кількість тепла (резистори, лампи розжарювання) необхідно розташовувати у верхній частині щита.

Апарати з рухомими частинами (рубильники, магнітні пускачі, реле) необхідно розташовувати так, щоб вони під дією сили тяжіння не могли самостійно замкнути коло. Електричні проводки в щитах і пультах виконують відкритими, об'єднуючи їх в джгути. Не дозволяється з'єднувати в загальні джгути проводки кіл живлення, керування і сигналізації з вимірювальними колами приладів. Загальна прокладка кіл різного призначення приводить до того, що в колах вимірювальних приладів виникають електричні перешкоди, які значною мірою спотворюють результати вимірів. Вимірювальні кола прокладають окремо. Монтаж проводок всередині щитів виконують проводом з мідними жилами марки ПВ, а монтаж проводок до приладів, які встановлені на рухомих елементах (двері, поворотні рамки) – гнучкими проводами марки ПГВ.

ЗАПИТАННЯ

1. Як Поділяють апарати, що використовуються в схемах автоматизованого і Автоматичного керування електроустановками? 2. Як вИбирають апарати, Що використовуються в схемах автоматизованого і Автоматичного керування електроустановками? 3. Для чого Призначені шляхові та кінцеві вимикачі? 4. За якими умовами вибирають проміжні реле? 5. За якими умовами вибирають первинні перетворювачі: датчики тиску, вологості, температури, рівня? 6. Які пристрої відносяться до виконавчих апаратів? 7. Де застосовують шафні щити? 8. Для чого застосовуватись мнемосхеми? 9. Як розміщують електричні проводки в щитах і пультах?

ТЕСТИ

1. Для чого використовуються кОмандні апарати?

A. Для створення первинних імпульсів (команд) на вмикання, Електроустановки.

B. Для створення первинних імпульсів (команд) на вмикання, вимикання та зміну режиму роботи Електроустановки.

C. Для створення первинних імпульсів (команд) на зміну режиму роботи Електроустановки.

2. Які пристрої належать до кОмандних апаратів?

A. Шляхові та кінцеві вимикачі, поплавкові, манометричні, температурні та інші реле, датчики температури.

B. Шляхові та кінцеві вимикачі, поплавкові, манометричні, температурні та інші регулятори.

C. Шляхові та кінцеві вимикачі, поплавкові, манометричні, температурні та інші реле, контактні термометри.

3. Як Вибирають командні апарати

A. За напругою, струмом, виконанням захисту від навколишнього середовища.

B. За напругою, струмом, кількістю і видом Контактів, виконанням захисту від навколишнього середовища.

C. За напругою, струмом, кількістю і видом Контактів.

4. Для чого використовуються проміжні апарати?

A. Для передачі та підсилення первинних імпульсів, а також забезпечення певної послідовності виконання технологічних операцій.

B. Для передачі імпульсів, а також забезпечення певної послідовності виконання технологічних операцій.

C. Для забезпечення певної послідовності виконання технологічних операцій.

5. За якими умовами вибирають реле часу?

A. За витримкою часу (витримка часу визначається ходом Технологічного процесу).

B. За витримкою часу (витримка часу визначається ходом Технологічного процесу), за напругою живлення, розривною потужністю Контактів, кількістю програм тощо.

C. За витримкою часу (витримка часу визначається ходом Технологічного процесу), за напругою живлення, Кількістю програм.

6. Для чого призначені виконавчі апарати?

A. Для виконання відповідних робочих функцій системи неавтоматизованого, автоматизованого та автоматичного Керування.

B. Для виконання відповідних робочих функцій.

C. Для виконання відповідних робочих функцій автоматичного Керування.

7. Як вибирають виконавчі механізми з електродвигуним приводом?

A. Залежно від значень зусилля необхідного для приводу заслінок.

B. Залежно від значень моменту необхідного для приводу заслінок.

C. Залежно від значень робочого ходу необхідного для приводу заслінок.

8. Як вибирають сигнальні апарати?

A. Вибирають кольором лінз.

B. Вибирають за напругою.

C. Вибирають за напругою, кольором лінз

9. Для чого призначені щити і пульти системи автоматизації?

A. Для розміщення засобів контролю і керування технологічним процесом.

B. Виконують роль постів контролю, керування і сигналізації.

C. Для розміщення засобів контролю і керування технологічним процесом та виконують роль постів контролю, керування і сигналізації.

1.5. РОЗРОБКА ТА АНАЛІЗ МАТЕМАТИЧНОЇ МОДЕЛІ ОБ’ЄКТА КЕРУВАННЯ

При розробці систем автоматизації кожний технологічний процес, машина, устаткування, апарат, що підлягає автоматизації, називаються об'єктами автоматизації. Об'єкт автоматизації — це одне із центральних понять, у теорії автоматичного регулювання та управління. Його властивості визначають склад комплексу технічних засобів та алгоритм управління. Тобто, об'єкт автоматизації можна розглядати як деякий базис, а всі інші елементи системи як надбудову.

У сільськогосподарському виробництві найбільш сприятливі умови для автоматизації забезпечуються для стаціонарних процесів у тваринництві, закритому ґрунті, переробки та зберігання сільськогосподарської продукції. Останнім часом завдяки розвиткові мікроелектроніки стала можливою автоматизація мобільної техніки: тракторів, комбайнів, сівалок.

Таким чином, об'єктами автоматизації у сільському господарстві є: технологічні процеси (створення мікроклімату, приготування та роздача кормів, сушіння та очищення продукції, стабілізація рівня рідин), окремі механізми та апарати (стабілізація частоти обертання робочих машин, забезпечення завантажування дробарок тощо).

Об'єкти автоматизації можна класифікувати так: прості та складні; із зосередженими та розподіленими параметрами.

У простих об'єктів динамічні властивості описуються за допомогою двох узагальнених координат (входу та виходу). Динаміка складних об'єктів для опису потребує не менше трьох координат. Динамічні та статичні властивості об'єктів із зосередженими параметрами постійні в усіх їх просторових точках. Об'єкти із розподіленими, навпаки, потребують ще й просторової координати, оскільки їхня динаміка у різних просторових точках різна. Тому об'єкти із розподіленими координатами є ще й складними.

Властивості об'єкта управління дозволяють визначити алгоритм управління та підібрати комплекс технічних засобів для його реалізації. При цьому користуються математичними моделями об'єктів автоматизації у вигляді передаточних функцій. Передаточні функції (зображення лінійних диференціальних рівнянь) можуть бути одержані за результатами аналітичних та експериментальних досліджень.

Аналітичні методи дослідження об'єктів. У цьому випадку користуються одним із трьох відомих законів збереження: кількості енергії, руху, речовини. Так, для сільськогосподарського виробництва закони збереження можуть бути інтерпретовані наступним чином:

Для теплових об'єктів

Mc= Qт,

Де m – маса об'єкту; с – питома теплоємність; θ – температура; Qт – сума теплових потоків, що направлені на об'єкт та з нього;

Для об'єктів, що здійснюють круговий рух

I = М,

Де І – момент інерції; ω – кутова частота обертання; М – сума моментів;

Для об'єктів, що здійснюють лінійний рух

M = F,

Де V – лінійна швидкість; F – сума сил, що діють на об'єкт;

Для об'єктів, які наповнюються рідинами

S =ΣQ,

Де S – площа основи резервуарів; h – рівень рідини; Q – потоки рідин;

Для об'єктів, які піддаються сушінню або зволоженню

M0 =W,

Де m0 – маса абсолютно сухої речовини; ω – відносна вологість; W – маса вологи, що надходить за одиницю часу.

Аналіз виразів дозволяє записати:

L = х,

Де х, у – вхід та вихід об'єкта; L – незмінні його властивості.

У кінці ХІХ століття А. Стодола отримав рівняння, яке може бути використане для визначення передаточних функцій об'єктів:

Та ± δу = Δх,

Де Та – час розгону об'єкту; δ – коефіцієнт самовирівнювання; Δх, Δу – відхилення змінних на вході та виході об'єкту.

Залежно від значення коефіцієнта самовирівнювання об'єкти автоматизації поділяються на:

δ >0 статичні стійкі;

δ = 0 астатичні;

δ <0 статичні нестійкі.

Існує також і другий підхід при побудові математичних моделей об’єктів аналітичним методом – класичний, який потребує знань фізичних явищ, що відбуваються в даному об’єкті.

Аналітичний метод дослідження має одну основну перевагу перед іншими – він значно дешевший (не потребує затрат на експерименти, матеріали), але в той же час моделі за рахунок прийнятих спрощень та допущень не завжди мають достатню точність.

Експериментальні методи досліджень об'єктів поділяються на методи активного та пасивного експерименту. При активному експерименті на вхід об'єкту подається сигнал стандартної форми. Реакція об'єкту на цей сигнал дозволяє визначити його передаточну функцію. Найчастіше з усіх випробувальних сигналів використовують прямокутну приступку (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Криві розгону об’єктів: а – статичних; б – астатичних Та

Реакція об'єкту – це крива розгону, яка з метою отримання передаточної функції може оброблятись графічним методом, методом Н. Симою (інтегральних площин) та іншими. Графічна апроксимація полягає в тому, що через точку перегину (для статичного об'єкту) проводять дотичну, яка дозволяє визначити постійну часу Т та час запізнювання τ. Коефіцієнт передачі визначають як k = . Таким чином, для рис. 1.22,а (статичний об'єкт) передаточна функція матиме структуру:

W(р) = .

Для астатичного об'єкту структура передаточної функції має вигляд:

W(р) = Е-ρτ.

Де ε – швидкість розгону об'єкту може бути розрахована як

ε = = ,

Де ун – номінальне значення вихідної величини об'єкту управління;

Та – час розгону (визначається з рис. 1.22, б).

Необхідно підкреслити, що графічна апроксимація може бути застосованою лише для певного класу об'єктів – тих, у яких точка перегину знаходиться близько до осі абсцис, в іншому випадку точність апроксимації буде невисокою.

Метод інтегральних площин більш універсальний ніж метод графічної апроксимації, дає більшу точність, а тому його можна рекомендувати до використання практично для всіх об'єктів автоматизації. Структура передаточної функції при цьому має вигляд:

W(р) = W*(р) kе-ρτ,

Де W*(р) – безрозмірна передаточна функція.

Коефіцієнт передачі об'єкту визначається як і при графічній апроксимації. Час запізнювання як час, протягом якого об'єкт не реагує (або практично не реагує) на вхідний сигнал – прямокутна приступка. Основна робота, як видно, полягає у знаходженні структури та параметрів безрозмірної передаточної функції.

За умов пасивного експерименту об'єкт управління (його вхід та вихід) підключається до вимірювача і протягом тривалого часу його параметри фіксуються. Використовуючи спеціальні розділи математики (у першу чергу це теорія ймовірності, випадкові процеси), можна розрахувати передаточну функцію об'єкту автоматизації.