Основные типы автоматизированных систем управления

Основные типы автоматизированных систем управления Анемометр

Автоматизация систем управления для оптимизация работы

Автоматизация систем управления подразумевает собой комплекс программных и аппаратных мероприятий и средств, позволяющих сократить количество персонала и улучшить работу систем. Особенно активно такие технологии сейчас внедряются в сферу электроэнергетики и транспорта.

Автоматизированная система не является автоматической, то есть для ее реализации и нормальной работы требуется человеческое участие.

Обычно человек-оператор выполняет основные функции управления, которые не поддаются влиянию машин. Первые автоматизированные системы появились еще в 60-е годы прошлого века, но только теперь началось их активное внедрение.

Главным предназначением АСУ является повышение производительности объекта, рост эффективности его управления, а также совершенствование методов планирования процессов управления.

Создание и разновидности автоматизированных систем управления

Создание АСУ – сложная и многоструктурная задача, требующая хорошей материальной базы и наличия денежных средств.

Создание АСУ ведется в несколько этапов:

Все автоматизированные системы управления производством делятся на несколько основных типов: системы управления производством и системы управления технологическими процессами. Первый тип АСУ осуществляет все операции для нормального функционирования и проведения производства на всех его этапах.

В составе автоматизированной системы находится программное, информационное, техническое, метрологическое, организационное и правовое обеспечение.

Второй тип АСУ подразумевает управление и контроль над отдельной частью производственного процесса, в частности, над технологической частью. Эта система может корректировать процесс на всех этапах и обеспечивать лучший результат его выполнения.

Асинхронные двигатели

Двигатели переменного тока делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Асинхронные двигатели (АД) в свою очередь делятся на двух и трехфазные, из которых в качестве исполнительных двигателей в  системах автоматического управления  в основном применяются маломощные двигатели до 300 Вт.

Их преимущества перед ДПТ: малая инерционность, бесконтактность, дешевизна.

Их недостатки в сравнении с ДПТ: большие тепловые потери, малый пусковой момент, нелинейные характеристики.

Принцип действия рассмотрим на примере двухфазного асинхронного двигателя, с полым ротором в виде алюминиевого стакана. На статоре этого двигателя расположены две обмотки. Эти обмотки расположены на магнитопроводе под углом 900 друг к другу. На эти обмотки подаются синусоидальные напряжения, сдвинутые по фазе на 900 друг к другу. Под действием этих напряжений в обмотках протекают токи I1, I2, также синусоидальные и сдвинутые по фазе на 900. Будем считать, что амплитуды их равны. Эти токи, в свою очередь, создают в магнитопроводе два пульсирующих вектора магнитной индукции и, соответственно два магнитных потока, равных по амплитуде и сдвинутые по фазе на 900 друг к другу в пространстве и времени. Они суммируются, и создается результирующий магнитный поток, имеющий постоянную амплитуду и вращающийся по окружности с частотой w, где w=2p¦, а ¦ – частота сети.

Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы (рис. 70).

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 70. Двухфазная система

При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле. Векторы ВА и ВВ, характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону. Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 900, то ВА= Вmsin(wt) и ВВ= Вmsin(wt-900).

Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции Вна оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:

Основные типы автоматизированных систем управления

Модуль результирующего вектора магнитной индукции в соответствии с рис. 70 равен

Основные типы автоматизированных систем управления

при этом для тангенса угла a , образованного этим вектором с осью абсцисс, можно записать

Основные типы автоматизированных систем управления

Полученные соотношения показывают, что вектор результирующего магнитного поля неизменен по модулю и вращается в пространстве с постоянной угловой частотой

Основные типы автоматизированных систем управления

, описывая окружность, что соответствует круговому вращающемуся полю.

Симметричная трехфазная система катушек также позволяет получить круговое вращающееся магнитное поле. Рис. 71. Каждая из катушек А, В и С при пропускании по ним гармонических токов создает пульсирующее магнитное поле. Катушки питаются трехфазной системой токов с временным сдвигом по фазе на 1200. Поэтому для мгновенных значений индукций катушек имеют место соотношения

Произведя аналогичные расчеты, получим, что модуль результирующего вектора магнитной индукции равен В=1,5 Вm, и  также вращается в пространстве с постоянной угловой частотой

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 71. Трехфазная система

Силовые линии вращающегося магнитного поля пересекают ротор двигателя, выполненный, например, в виде алюминиевого стакана. В материале ротора наводятся вихревые токи, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным потоком статоре и создают движущий момент. Под действием этого момента ротор начинает раскручиваться и набирает скорость до тех пор, пока движущий момент не будет уравновешен моментом, создаваемым нагрузкой.

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя всегда меньше скорости вращения поля, так как в случае их равенства результирующий магнитный поток будет неподвижен относительно ротора, вихревых токов не будет, и, следовательно, не будет движущего момента. Поэтому двигатель называется асинхронным. Величина отставания скорости вращения ротора от скорости вращения поля характеризуется скольжением.

При заторможенном роторе S=1, в идеальном случае при вращении со скоростью поля S=0.

Используются различные конструкции ротора АД. Есть  трехфазные АД с фазным ротором, при этом на роторе также намотаны три, пространственно сдвинутых обмотки. В эти обмотки обычно включают внешние сопротивления (реостаты), которыми ограничивается пусковой ток и может регулироваться скорость вращения ротора. Двухфазные АД изготавливают с короткозамкнутой обмоткой: в виде беличьего колеса; в виде  вала или стакана из проводящего материала. .Рис 72, 73, 74.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 72. Трехфазный АД с фазным ротором

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 73. Ротор АД в виде беличьей клетки (а) и в виде стакана (б)

Статические характеристики асинхронного двигателя

Под действием электромагнитной индукции в обмотках или элементах короткозамкнутого ротора (“беличьей клетке”) индуктируются вторичные ЭДС и токи  частоты ω2, которые взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, создается электромагнитный момент M, что приводит к вращению ротора с частотой ω1. Рассмотрим для примера модель двигателя, в которой число пар полюсов p=1.

Частота индуцируемых во вторичной обмотке (роторе) ЭДС и токов ω2 зависит от скольжения S:

Эквивалентная схема цепи ротора в рабочем режиме показана на Рис 74.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 74. Схема цепи ротора АД

Она содержит изменяемый источник ЭДС Eрп·S и изменяемое индуктивное сопротивление xр=xрп·S. Они  изменяются при изменении скольжения S (частоты вращения), а активное сопротивление Rp не изменяется.

Мы можем привести рабочий режим двигателя к режиму неподвижного ротора и  рассматривать асинхронную машину как обычный трансформатор с неподвижными обмотками; в результате преобразования получаем эквивалентную схему. АД, с учетом параметров обмотки статора.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 75. Эквивалентная электрическая схема АД

На схеме обозначены:

Основные типы автоматизированных систем управления

Основные типы автоматизированных систем управления

Выражение для вращающегося момента можем получить из энергетического уравнения M·ω1= M·ω+m1·Ip2·Rp, где m1- количество фаз.  Левая часть уравнения – электромагнитная мощность, а правая – механическая плюс электрическая мощности.

Подставляя сюда выражения для тока ротора, получим аналитическое выражение для электромагнитного момента и, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, получается уравнение Клосса, отражающее  зависимость электромагнитного момента от скольжения. Выражение для момента двигателя  представлено через параметры критической точки:

Скольжение, соответствующее максимальному моменту, называется критическим и обозначается SK или SM.

Критическое скольжение за зависит от соотношение активного и индуктивного сопротивлений ротора. При r1=0 получим

Основные типы автоматизированных систем управления

Основные типы автоматизированных систем управления

Вид зависимости электромагнитного момента и тока ротора  от скольжения  показан на. рис. 76.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 76. Зависимость электромагнитного момента АД от скольжения

Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2.  На рис. 76 имеются две точки, для которых справедливо равенство Мэм = М2; это точки а и в.

В точке а двигатель работает устойчиво. Если двигатель под влиянием какой-либо причины уменьшит частоту вращения, то скольжение его возрастет, вместе с ним возрастет вращающий момент. Благодаря этому частота вращения двигателя повысится, и вновь восстановится равновесие Мэм = М2;.

В точке в  работа двигателя не может быть устойчива: случайное отклонение частоты вращения приведет либо к остановке двигателя, либо к переходу его в точку а. Следовательно, вся восходящая ветвь характеристики является областью устойчивой работы двигателя, а вся нисходящая часть – областью неустойчивой работы. Точка б, соответствующая максимальному моменту, разделяет области устойчивой и неустойчивой работы.

Максимальному значению вращающего момента соответствует критическое скольжение Sk. Скольжению S = 1 соответствует пусковой момент. Если величина противодействующего тормозного момента М2 больше пускового МП, двигатель при включении не запустится, останется неподвижным.  Еще выводы:

Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n2 = f (M2). Механическую характеристику получают при условии U – const, w1 – const. На рис. 77 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 77. Механическая характеристика асинхронного двигателя

На механической характеристике АД можно выделить два участка, которые разделены значением Мкр:

Различают 3  статических режима работы:

Управление асинхронными двигателями

Есть различные способы управления асинхронными двигателями:

Управление трехфазными асинхронными двигателями

1. Рассмотрим сначала способы управления трехфазными асинхронными двигателями. Первый способ используется для двигателей с фазным ротором. Критическое скольжение Skr определяется активным сопротивлением  ротора Rr. Если Rr изменять, то будет изменяться наклон механической характеристики и соответственно скорость вращения ротора. Рис.78..

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 78. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Такой способ используется при пуске двигателя под нагрузкой, когда желательно, чтобы пусковой момент был максимальным. Для регулирования он применяется редко, т. к. велики тепловые потери в роторной цепи. Другим способом регулирования скорости является изменение напряжения на статоре, для АД вращающий момент изменяется пропорционально квадрату напряжения. При этом изменение напряжения питания мало влияет на частоту вращения ротора на рабочем участке и диапазон управления напряжением весьма ограничен.

2. Плавное регулирование скорости в широких пределах с сохранением достаточной жесткости характеристик возможно только при частотном управлении.. Изменяя частоту вращения поля ω1, можно изменять частоту вращения ротора ω при этом желательно, чтобы. жесткость характеристики не изменялась. Для этого одновременно с частотой, изменяют напряжение питания Uc так, чтобы их отношение оставалось постоянным Uc/w1=const.

Такое управление называется пропорциональным частотным управлением. Вид механических характеристик при пропорциональном управлении показан на  рис. 79.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 79. Частотное управление асинхронным двигателем

При симметричном  частотном управлении требуется специальное устройство преобразователь частоты, формирующий на выходе синусоидальный сигнал с изменяемой частотой w. Поле при этом управлении круговое, амплитуды на обмотках равны. Диапазон частот должен быть ограничен, так как  при низких частотах падает индуктивное сопротивление обмоток и  сильно растет ток, для высоких частот тоже существуют конструктивные и электрические ограничения. Поэтому при частотном управлении на самом деле идет управление по двум параметрам: частоте и амплитуде.

Функциональная схема частотного управления представлена на. на  рис. 80. Она состоит из управляемого выпрямителя УВ, преобразующего напряжение переменного тока частотой 50 Гц в напряжение постоянного тока Uп, величина которого может регулироваться устройством управления УУ. Автономный инвертор АИ преобразует напряжение Uп в трехфазное напряжение изменяемой частоты f1. Управляющее устройство, изменяя частоту f1в в зависимости от задания ωз, изменяет также и напряжение Uп так, чтобы их отношение оставалось постоянным. Система управления может иметь обратную связь по скорости вращения через тахогенератор ТГ.

Более совершенным, чем пропорциональное управление, является частотно-токовое управление, при котором контролируется, кроме частоты вращения, ток якоря от датчика, что позволяет оставлять постоянным поток при изменении частоты f1 и нагрузки.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 80. Функциональная схема частотного управления асинхронным двигателем

Управление двухфазными асинхронными двигателями

В исполнительных приводах малой мощности широко в основном  используются управляемые и неуправляемые  двухфазные асинхронные двигатели. Эти , двигатели имеют две обмотки: одна включается в сеть непосредственно и называется обмоткой возбуждения (главной). На обмотку управления (вспомогательную), сдвинутую на статоре на90o градусов напряжение подается через фазосдвигающий элемент. Ротор всегда короткозамкнутый.

При таком способе управления есть разные варианты: амплитудное, фазовое и амплитудно–фазовое управление. При этих способах. на второй обмотке можно менять амплитуду напряжения, его фазу или оба параметра одновременно. При этом поле превращается из кругового в эллиптическое. При этом наряду с напряжениями и токами прямой последовательности фаз, создающими двигательный режим, возникает напряжение и токи обратной последовательности, вызывающие торможение. Таким образом, меняя степень асимметрии, можно регулировать скорость двигателя. Рис.81.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 81. Конденсаторный и  управляемый двухфазные АД

При Uy=0, получим пульсирующее поле и w=0. Наиболее распространенным способом является конденсаторное управление. Чаще всего используется амплитудное несимметричное управление, когда UB=UC, а Uγ=α·Uc, где α меняется от 0 до 1. Можно получить выражения для вращающего момента при амплитудном управлении, аналогичное уравнению Клосса.

Основные типы автоматизированных систем управления

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя. нелинейны. Их заменяют в рабочей области прямыми:

M = b1U-b2w.

Коэффициенты b1 и b2 определяют по паспортным данным АД. В момент пуска М =Мп, w = 0, поэтому

Мп = b1∙Un и b1 = Мн/Un.

Для номинального режима аналогично получим, учитывая , что PN = MN∙wN,

MN = Мп -b2∙ wN  и  b2∙ = (Мп -MN)/wN.

Мы получим уравнение линеаризованной механической  характеристики :

w = (b1/ b2)∙U-M/ b2.

Механические  и регулировочные характеристики асинхронного двигателя показаны на рис. 82.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 82. Механическая  и регулировочная характеристики двухфазного АД

После линеаризации асинхронный двигатель  может быть представлен как линейная динамическая система, описываемая следующими уравнениями (bw = b1, bu = b2):

Рассмотрим случай, когда сухое трение отсутствует и есть только скоростное трение, то есть МТ = F∙w. Заменив .

Основные типы автоматизированных систем управления

и проведя преобразования получим:

Отсюда выражение для передаточной функции

Основные типы автоматизированных систем управления

, где коэффициент передачи

Основные типы автоматизированных систем управления

и электромеханическая постоянная времени

Основные типы автоматизированных систем управления

Этой передаточной функции соответствует структурная схема и переходный процесс, представленные на рис. 83.

Основные типы автоматизированных систем управления

Рис. 83. Структурная схема и переходный процесс АД

Типы автоматизированных систем управления;

АВТОМАТИЗированные ситемы УПРАВЛЕНИЯ предприятием

АСУ подразделяются на два основных типа:

– автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП);

– автоматизированные системы организационно-экономического управления предприятием (АСУП).

Такое деление основано на характере объекта управления и форме передачи информации об управляемом объекте.

В АСУ ТП объектом управления служит технологическое оборудование (машины, станки, приборы, устройства), а основной формой передачи информации является сигнал (электрический, оптический, механический). Главная задача АСУ ТП заключается в оптимизации сложных технологических процессов, которые характеризуются большим числом параметров и сложностью алгоритмов управления. При этом достигается увеличение производительности, экономичности процессов, уменьшение брака.

Следующая задача, для которой создаются АСУ ТП, – это программное управление. Наличие программно-управляемого оборудования в совокупности с роботами позволяет строить цеха и заводы-автоматы, которые обладают большой гибкостью, способны быстро перестроиться на выпуск достаточно широкой номенклатуры продукции. На таком заводе координацией действий оборудования и роботов занимается специальная управляющая ЭВМ, через которую происходит изменение управляющих программ.

В автоматизированных системах организационно-экономического управления объектом управления являются коллективы людей, взаимодействующих с технологическим оборудованием и осуществляющих конструкторскую, технологическую, оперативно-плановую и экономическую подготовку производства, технико-экономический анализ и учёт производства. Формой передачи информации в этих системах является документ. Назначение АСУП – это организация управления предприятием в целях уменьшения себестоимости продукции и увеличения прибыли.

Основная задача автоматизированных систем организационного управления состоит в обеспечении оптимального функционирования объекта управления, как единого целого, за счет правильного выбора целей, путей их достижения, распределения заданий между элементами системы, обеспечения четкого взаимодействия.

Основной эффект, который дают АСУП, возникает за счет полноты, своевременности и оптимальности принимаемых решений, ликвидации разных организационных неполадок. АСУП позволяют также экономить управленческий труд, уменьшить численность аппарата управления без снижения качества решений.

Виды обеспечения систем (техническое, программное, математическое и др

включают в себя модели решения функциональных задач и модели организации информационных процессов, обеспечивающие эффективное принятие решения. Математические средства автоматически переходят в обеспечивающие их реализацию.

Технические и программные средства задают уровень реализации информационных технологий, как при их создании, так и при их реализации.

Сферы применения автоматизированных систем

АСУ активно применяются в самых разных сферах жизни и современной промышленности. В частности, они используются в системах освещения, дорожного движения, в системах информации и во всех сферах промышленного хозяйства.

Основной целью применения и использования АСУ выступает повышение эффективности и использования возможностей каждого объекта. Такие системы позволяют быстро и эффективно проводить анализ работы объекта, на основе полученных данных специалисты могут принять определенные решения и наладить производственный процесс.

Кроме того, такие автоматизированные системы существенно ускоряют выполнение сбора и обработки данных, собранных с объекта, что позволяет снизить количество решений, принимаемых человеком.

Использование АСУ повышает уровень дисциплины и уровень контроля, так как теперь осуществлять контроль над проведением работ значительно проще и удобнее.

Автоматизированные системы повышают скорость управления, снижают затраты на выполнение многих вспомогательных операций. Самым важным последствием использования АСУ является увеличение производительности, снижение затрат и потерь в процессе производства.

Внедрение таких технологий оказывает положительное влияние на состояние отечественной промышленности и экономики, а также существенно упрощает жизнь персонала.

Однако технологии требуют финансовых вложений, причем на первых этапах деньги довольно большие, ведь наличие АСУ подразумевает смену оборудования и машин. С течением времени внедрение таких технологий окупается, а их наличие дает развитие отечественному производству.

Больше об современной автоматизации систем управления, их типах, этапах, особенностях, сферах применения можно узнать на ежегодной выставке «Электро».

Автоматизация систем управления энергосбережениемАвтоматизация систем электроснабженияПромышленные системы автоматизации

Про анемометры:  ᐅ Xiro XPLORER mini отзывы — 12 честных отзыва покупателей о квадрокоптере Xiro XPLORER mini
Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий