ТП пищевых производств отличаются сложностью и многообразием. Однако в большинстве случаев их можно представить в виде ряда типовых процессов – объектов управления.
В этой связи различают:
- механические процессы, основными показателями которых являются: перемещение, транспортирование, взвешивание, дозирование, измельчение, смешивание, сортировка;
- гидродинамические процессы – перемешивание жидкостей, разделение газовых и жидких неоднородных смесей, перемешивание материалов и др.;
- тепло - и массообменные процессы без изменения агрегатного состояния веществ – сжатие, разрежение, нагревание газом или паром, охлаждение, кондиционирование, вентиляция;
- тепло- и массообменные процессы с изменением агрегатного состояния вещества (диффузионные процессы) – разделение газовых смесей, выпаривание, конденсация, ректификация, сушка;
- химические процессы – окисление, восстановление, образование гидроокисей, нейтрализация, ароматизация, гидролиз сахаров, перегонка, гидрогенизация, фильтрация.
- микробиологические процессы – приготовление и хранение питательных сред, брожение, стерилизация, пастеризация, фиксация, выпарка, перегонка, дозирование.
Необходимость управления ТП обусловлена наличием различных возмущений (изменение температуры, неравномерность скорости подачи исходного сырья, неоднородность сырья и так далее). Если бы ТП можно было изолировать от возмущений, то отпала бы необходимость в системе управления.
Для типовых процессов – как объектов управления – могут быть разработаны типовые схемы автоматизации управления – автоматические системы управления технологическим процессом (АСУТП).
|
|
15.2 Параметры и характеристики объектов управления
Каждый объект управления (ОУ) можно охарактеризовать одним или несколькими количественными и качественными параметрами. Такие величины, как производительность, мощность, расход, влажность продукта, скорость и т.д. изменяются в широких пределах. Законы этих изменений во времени произвольны и носят случайный характер. Однако можно выделить ряд величин, которые присущи любому объекту автоматического управления.
Емкость объекта
Механические объекты, например резервуар, обладают способностью накапливать в себе жидкость, газ, сыпучие тела. Понятие емкости здесь связано с объемом резервуара. Печь, термостат, сушильный шкаф способны накапливать тепло. Понятие их емкости связано с теплоемкостью и т. д.
В общем виде уравнение динамики ОУ для малого отрезка времени (когда зависимость между входными и выходными параметрами можно считать линейной) можно записать
dy/dt = К dE/dt
где dy/dt - скорость изменения регулируемого параметра; К - постоянная объекта, называемая емкостью ОУ, характеризующая его способность запасать энергию; Е = E1 – Е2= - подводимая к объекту энергия.
Если dE > 0, то в объекте накапливается энергия, что сопровождается увеличением регулируемого параметра у. При dE < 0, запас энергии в объекте снижается, т. е. регулируемый параметр уменьшается.
Для многих объектов величины подводимой и затрачиваемой энергии в той или иной степени зависят от значения регулируемого параметра.
Условие E1 = E2 соответствует состоянию равновесия объекта. При отклонении регулируемого параметра у от заданного у* в ту или иную сторону равновесие ОУ нарушается.
|
|
Время разгона
Время разгона - это время, в течение которого регулируемый параметр у изменяется от нуля до номинального значения уУСТ при максимальном возмущении или управлении при условии, что скорость изменения dy/dt остается в течение этого времени постоянной, рис. 15.1. Время разгона TР может быть определено экспериментально по переходной характеристике y(t) как
Tр=τа / k, где τа – постоянная времени объекта; k - тангенс угла α наклона касательной в начальной точке t = 0.
|
| Рис.15.1 – Переходная характеристика ОУ |
Чувствительность объекта
Чувствительность, или скорость разгона, объекта представляет величину, обратную времени разгона ε = 1/TР.
Постоянная времени объекта τа представляет собой время, в течение которого регулируемый параметр достигает нового установившегося значения при неизменных притоке и расходе вещества или энергии для данного объекта, лишенного самовыравнивания. Значение времени разгона практически принимают равным ТР = (3…4) τа.
Самовыравнивание объекта
Это свойство объекта после возникновения возмущения приходить в состояние равновесия без внешнего вмешательства (без регулятора), причем каждому возмущению соответствует свое значение установившегося регулируемого параметра. Оценивается самовыравнивание степенью или коэффициентом самовыравнивания (иногда его называют коэффициентом статизма или саморегулирования).
Запаздывание объекта
Запаздывание объекта – одна из важнейших характеристик ОУ, определяемая его свойствами. Сущность запаздывания заключается в том, что с увеличением или уменьшением нагрузки (расходе энергии, расходе вещества) в объекте параметры изменяют свое значение не сразу, а спустя некоторое время с момента возмущения.
16 Автоматизированные системы управления