Файл: Фгбоу во росбиотех практические работы.pdf

20 1) для регулирования влажности теста: заданное значение – 28 %; статическая ошибка - ±5%; допустимый диапазон изменения – ±5 % .
2) диапазон измерения температуры от 5 до 50 0
С с погрешностью не больше
5%;
3) диапазон измерения расхода от 0,01 до 1 кг/с с погрешностью не больше
5%;
4) диапазон измерения уровня от 0,01 до 2 м с погрешностью не больше 5%;
5) диапазон измерения влажности от 10 до 80 % с погрешностью не больше
5%.
3.3 Требования к надежности: наработка на отказ – 25000 часов; среднее время восстановления – 1 час.
3.4 Требования к технологичности, унификации и стандартизации.
Необходима поддержка сети Ethernet и RS-485 для обеспечения связи с системой управления предприятия.
3.5 Система должна обеспечивать возможность и удобство быстрого монтажа, демонтажа и ремонта отдельных узлов. Кроме того, система должна отвечать нормам пожарной, санитарной и электробезопасности.
3.6 Эстетичное и эргономичное требования.
Элементы взаимодействия с оператором должны отвечать эргономичным требованиям, обеспечиваться доступ ко всем средствам управления и индикации.
3.7 Условия эксплуатации, при которых должна обеспечиваться работа системы с заданными показателями: температура внешнего среды от +15…+30 0C; относительная влажность до 70%. В процессе работы система не должна создавать электростатические и электромагнитные помехи, которые препятствуют работе других приборов и механизмов.
Контрольные вопросы и задания
6. Почему важно правильно сформулировать требования к системе управления?
7. Каков порядок формулирования требований пользователя?
8. Что представляет собой требования FURPS+?
9. В чем основной смысл функциональных требований к системе управления?
10.
В чем основной смысл требований по надежности к системе управления?
Рекомендуемая литература
1. Автоматика и автоматизация пищевых производств [Текст] : учеб. пособие для вузов / М. М. Благовещенская и др. - Москва : Агропромиздат, 1991.
- 239 с.
2. Нестеров А. Л. Проектирование АСУТП. Методическое пособие. Книга
1. – СПб, Издательство ДЕ АН, 2006. – 552 с.

21
Практическая работа №4 на тему «Разработка вариантов концепции системы управления»
Цель работы – приобретение практических навыков анализа объекта управления и его особенностей функционирования, существенных для выбора концепции системы управления.
Краткие теоретические сведения
Концепция системы описывает основополагающую идею, закладываемую в реализацию системы автоматизации. В соответствии с ГОСТ 34.601-90
«Автоматизированные системы. Стадии создания» второй стадией процесса проектирования систем управления выступает «Разработка концепции системы»:
- разработка альтернативных вариантов концепции, создаваемой системы автоматического / автоматизированного управления и планов их реализации;
- оценка необходимых ресурсов на их реализацию и функционирование;
- оценка преимуществ и недостатков каждого варианта;
- оценка эффектов, получаемых от системы.
Рекомендации по разработке концепции системы автоматизации:
1. Определение целей. На основании анализа целей и задач организации, уже имеющихся информационных ресурсов и планов их развития, а также ресурсов, доступных для разработки и эксплуатации системы, можно сформулировать цели проекта. При этом целесообразно учесть изменения целей, задач и ресурсов на несколько лет вперед.
2. Определение основных задач. Для конкретной системы автоматизации целесообразно указать (без детализации) конкретные задачи, которые должна решать эта система в течении следующих нескольких лет.
3. Определение допущений и рисков. На данном этапе желательно приближенно оценить использованные при предварительной оценке проекта допущения, а также возможные риски во время разработки и эксплуатации системы автоматизации. В качестве типового допущения обычно предполагается, что ресурсы на разработку и эксплуатацию системы автоматизации будут выделяться своевременно и в нужном объеме. Примером возможного риска является случай, когда руководство предполагает разработать систему автоматизации, взаимодействующую с интернетом, силами своих сотрудников, не имеющих такого опыта.
4. Согласование результатов анализа. Необходимо проводить в первую очередь с группами потенциальных пользователей. Целесообразно сразу предложить несколько вариантов системы автоматизации, различающихся набором функций и затратами на разработку и эксплуатацию: базовый вариант; более дешевый, с меньшим набором функций; более дорогой, с расширенными возможностями.
Построение система автоматического управления (САУ) базируется на ряде общих принципов регулирования, основные из которых следующие [2]:

22
Рис. 1. Системы автоматического управления: а) по отклонению; б) по возмущению; в) комбинированная.
1. Принцип регулирования по отклонению поясняется схемой (рис. 1, а), состоящей из двух составных частей - объекта регулирования ОР и регулятора Р, взаимосвязанных между собой цепью обратной связи. Регулируемый параметр у(t) сравнивается с заданным значением g(t). На основании разности этих двух величин ε(t) = g(t) - у(t) вырабатывается регулирующее воздействие r(t).
Величина ε(t), называемая отклонением или ошибкой системы регулирования, не должна превышать определенного значения. Отличительной чертой систем, построенных по данному принципу, является их универсальность. Это качество проявляется в том, что любое отклонение регулируемого параметра от его заданного значения вызывает появление регулирующего воздействия независимо от числа, вида и места приложения возмущений f(t). Одним регулирующим воздействием часто достигается удовлетворительная компенсация нескольких возмущений. Это особенно важно, когда объект регулирования подвержен воздействию многочисленных возмущений, влияние которых на регулируемый параметр невозможно предусмотреть.
2. Сущность принципа регулирования по возмущению или принципа компенсации, состоит в том, что из различных возмущений, действующих в системе, выбирается одно, главное, на которое и реагирует САУ (рис. 1, б). В этом случае компенсируется влияние на регулируемый параметр только основного возмущающего воздействия и регулирующее воздействие вырабатывается в системе в зависимости от результатов измере­ния основного возмущения, действующего на объект.
Достоинство этого принципа регулирования заключается в том, что влияние возмущающего воздействия может быть устранено до того, как произойдет отклонение регулируемого параметра, так как регулятор действует на объект без запаздывания по отношению к возникшему возмущению.
3. Каждый из рассмотренных принципов регулирования — по отклонению и по возмущению — имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому для

23 создания автоматических систем высокой точности обычно используют принцип комбинированного регулирования, сочетающий в себе оба принципа регулирования (рис. 1, в).
Задание на практическую работу
В соответствии с вариантом выполнить разработку концепции системы автоматизации для заданного процесса.
Варианты 1, 16 – Система автоматизации непрерывного дозирования материалов [1, с. 89-90 (рис. 7.1)].
Варианты 2, 17 – Система автоматизации смешения [1, с. 90-91 (рис. 7.2)].
Варианты 3, 18 – Система автоматизации сушки [1, с. 92-94 (рис. 7.3)].
Варианты 4, 19 – Система автоматизации химико-технологических процессов [1, с. 94-95 (рис. 7.4)].
Варианты 5, 20 – Процесс тестоприготовления. Регулирование расходов сыпучих и жидких компонентов, подаваемых дозаторами [1, с. 115-121 (рис.
9.3)].
Варианты 6, 21 – Процесс тестоприготовления. Регулирование
(стабилизации) влажности теста (опары) [1, с. 115-121 (рис. 9.2, а)].
Варианты 7, 22 – Процесс выпечка хлеба. Управление запальными устройствами для розжига печи [1, с. 121-124 (рис. 9.4)].
Варианты 8, 23 – Процесс выпечка хлеба. Регулирование температуры среды в пекарной камере [1, с. 121-124 (рис. 9.4)].
Варианты 9, 24 – Процесс выпечка хлеба. Стабилизация паровлажностного режима в пекарной камере [1, с. 121-124 (рис. 9.4)].
Варианты 10, 25 – Процесс макаронного производства. Регулирование температуры и окончательной влажности воздуха по зонам сушилок [1, с. 124-
127 (рис. 9.5)].
Варианты 11, 26 – Система автоматизации периодического процесса приготовления питательной среды в производстве хлебопекарных дрожжей [1, с.
130-131 (рис. 10.2)].
Варианты 12, 27 – Система автоматизации приемки винограда на заводах первичной переработки сырья [1, с. 198-200 (рис. 13.4)].
Варианты 13, 28 – Система автоматизации мойки в бутыломоечной машине [1, с. 201-203 (рис. 13.6)].
Варианты 14, 29 – Система автоматизации отделения очистки сиропа [1, с. 166-167 (рис. 11.7)].
Варианты 15, 30 – Система автоматизации роспускного отделения [1, с.
164-167 (рис. 11.6)].
Методические указания по выполнению работы
Каждый студент выполняет свой вариант. По результатам работы формируется отчет, содержащий подробное решение задачи.
Работа выполняется на компьютере, с применением программ MS Word.

24
В результате проведенных исследований должен быть составлен аналитический отчет, который должен содержать следующую информацию:
1. Описание и оценку преимуществ и недостатков разработанных альтернативных вариантов концепции создания системы автоматического или автоматизированного управления.
2. Обоснование выбора оптимального варианта концепции и описание предлагаемой системы автоматического или автоматизированного управления.
Процесс выбора концепции системы управления отображен в приведенном ниже примере.
Пример выполнения задания
В сушилке происходит процесс сушки материала с расходом G
м и начальной влажностью М
вх за счет подачи в нее горячего воздуха с расходом G
в
Материал
G
м
,
М
вх
Материал
G
м
,
М
вых
G
в
Горячий воздух
Рис. 2. Схема сушильного аппарата
Задача регулирования состоит в обеспечении требуемой влажности М
вых материала на выходе из сушилки за счет изменения расхода G
в горячего воздуха.
Представим описание сушилки как объекта автоматического управления
(материалы практической работы №1):
1. Регулируемой переменной является влажность М
вых материала на выходе из сушилки.
2. Управляющей переменной является расхода G
в горячего воздуха.
3. Возмущающими переменными являются расход G
м и начальная влажность М
вх материала.
Возможны следующие варианты построения системы управления влажностью материала:
1. Принцип управления с обратной связью (рис. 3).
Если влажность материала на выходе из сушилки измеряется, тогда сравнивая требуемое значение влажности с текущей, регулятор влажности управляет степенью открытия/закрытия клапана подачи горячего воздуха в сушилку.

25
Материал
G
м
,
М
вх
Материал
G
м
,
М
вых
G
в
Горячий воздух
МЕ
МС
М
зад вых
Рис. 3. Схема САУ на основе принципа управления по отклонению
Использование регулятора гарантирует поддержание влажности в установившемся режиме, однако качество переходных процессов может оказаться неудовлетворительным при большой инерционности канала регулирования и сильных возмущений.
2. Принцип управления по возмущению (рис. 4).
Предположим, что возмущающие переменные измеряются (G
м
, М
вх
), тогда можно заранее скорректировать величину расхода горячего воздуха, подаваемого в сушилку, чтобы скомпенсировать влияние возмущений на заданную влажность материала на выходе из сушилки.
МY
М
зад вых
Материал
G
м
,
М
вх
Материал
G
м
,
М
вых
G
в
,
Т
в
Горячий воздух
F
Е
МЕ
T
Е
Рис. 4. Схема САУ на основе принципа управления по возмущению
В такой системе автоматизации переходной процесс по влажности будет протекать быстрее, чем в системе, построенной по принципу обратной связи.
Однако нужно отметить, что для использования этого принципа управления необходимо точно знать соотношения между возмущениями и регулируемой переменной для точного расчета сигнала степени открытия регулирующего органа подачи горячего воздуха. Не учет возмущений, например, такого как температура горячего воздуха, может существенно ухудшить качество регулирования и не обеспечить точность поддержания заданной влажности.

26 3. Принцип комбинированного управления (рис. 5).
Этот принцип сочетает в себе преимущества рассмотренных ранее способов управления:
- быстрая реакция системы на изменения возмущающих воздействий;
- точное поддержание заданной влажности в независимости от вида возмущения за счет применения обратной связи по выходной влажности материала;
- лучшее качество переходных процессов.
МY
М
зад вых
Материал
G
м
,
М
вх
Материал
G
м
,
М
вых
G
в
,
Т
в
Горячий воздух
F
Е
МЕ
T
Е
МЕ
МС
+
Рис. 5. Схема САУ на основе принципа комбинированного управления
Контрольные вопросы и задания
11.
Что такое «концепция» системы управления?
12.
Какие рекомендации по разработке концепции системы автоматизации?
13.
Что представляет собой принцип управления по возмущению?
14.
Что представляет собой принцип управления по отклонению?
15.
Что представляет собой принцип комбинированного управления?
Рекомендуемая литература
1. Автоматика и автоматизация пищевых производств [Текст] : учеб. пособие для вузов / М. М. Благовещенская и др. - Москва : Агропромиздат, 1991.
- 239 с.
2. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы.
- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 288 с.