Авторы: Gilbert Gedeon
Автор перевода: Кириллов Андрей
Источник (англ.): Gilbert Gedeon, P.E. Process Controls for Industrial Facility Systems, p. 1 – 6
Системы управления включают в себя элементы, служащие для поддержания изменений процесса на заданное значение или значение, находящееся в пределах заданного диапазона.
Инструменты предоставляют различным показателям возможность работы с ядром объекта. В некоторых случаях операторы записывают эти показания и применяют их в день эксплуатации объекта. Записанная информация помогает оператору оценить текущее состояние системы и принять меры, если эти условия не такие, как ожидалось.
Требование оператору принять все необходимые корректирующие действия является непрактичным, а иногда и невозможным, особенно если должно контролироваться большое количество показаний. В связи с этим, большинство систем контролируются автоматически, только если они работают при нормальных условиях. Автоматическое управление значительно снижает нагрузку на оператора и делает его (или ее) работу управляемой.
Переменные процесса требуют контроля в системе, включая, но не ограничиваются ими: расход, уровень, температура и давление. Некоторые системы не требуют, чтобы все переменные процесса подлежали контролю. Подумайте о системе центрального отопления. Основная система отопления работает от температуры и не учитывает другие параметры атмосферы в доме. Термостат следит за температурой в доме. Когда температура падает до значения, выбранного жильцами дома, система активируется, чтобы поднять температуру в доме. Когда температура достигает нужного значения, система отключается.
Автоматизированные системы управления не могут ни заменить, ни освободить оператора от ответственности за поддержание объекта. Работа управляющих систем периодически проверяется для поддержания надлежащей работы. Если система управления не справляется со своей работой, то оператор должен быть в состоянии взять эту работу на себя и контролировать процесс вручную. В большинстве случаев, понимание того, как работает система управления помогает оператору в определении того, работает ли система должным образом и как необходимо действовать для поддержания системы в безопасном состоянии.
Система управления представляет собой систему элементов, интегральной функцией которых является поддержание переменной процесса на заданном значении или в пределах желаемого диапазона значений. Система управления отслеживает переменную процесса или переменные, затем вызывает некоторое действие для поддержания желаемого системного параметра. В примере о центральном отоплении, система контролирует температуру дома с использованием термостата. Когда температура в доме падает до заданного значения, включается отопительный котел, обеспечивая источник тепла. Температура в доме увеличивается, пока переключатель в термостате не обращается к отопительному котлу, чтобы выключить.
Два термина, которые помогают определить для системы управления вход и выход. Управляющий вход системы запускается обращением к системе управления из внешнего источника для получения указанного ответа от системы управления. В случае центрального отопления, вход системы управления – температура дома, которая наблюдается с помощью термостата.
Выход системы управления является фактическим ответом, полученным от системы управления. В приведенном выше примере, температура снижается до заданного значения на термостате, что приводит к включению отопительного котла и он обеспечивает тепло для повышения температуры в доме.
В случае ядерных объектов, входной и выходной определяются цели системы управления. Знание входной и выходной системы управления позволяет видеть компоненты системы и идентифицировать их. Система управления может иметь более одного входа или выхода.
Системы управления классифицируются по управляющему воздействию, которое является ответственным за численностью активаций системы управления для получения вывода. Де общие классификации разомкнутой и замкнутой системах управления.
Разомкнутая система управления – в которой управляющее воздействие не зависит от выхода. Примером разомкнутой системы управления является химический насос с регулируемой скоростью. Скорость подачи химических веществ, которые поддерживают систему в надлежащем состоянии, определяется оператором, который не является частью системы управления. Если химический состав системы изменяется, насос не может ответить, регулируя его скорость подачи (скорость) без вмешательства оператора.
Замкнутая система управления – в которой управляющее воздействие зависит от выхода. Система управления поддерживает уровень воды в накопительном баке. Система выполняет эту задачу путем непрерывного определения уровня в резервуаре и регулировки клапана подачи, чтобы добавить или убрать воду из бака.
Обратная связь – это информация в замкнутой системе управления о состоянии переменной процесса. Эта переменная сравнивается с заданным состоянием, чтобы произвести надлежащие меры контроля над процессом. Информация постоянно "подается обратно" на схему управления в ответ на управляющие действия. В предыдущем примере, фактический резервуар уровня воды воспринимается датчиком уровня, является обратным к уровню управления. Эта обратная связь сравнивается с желательным уровнем для получения требуемого действия управления, который при необходимости позиционирует контроль для поддержания желаемого уровня.
Система автоматического управления – замкнутой системой регулирования, которая не требует вмешательства оператора. Это предполагает, что процесс остается в пределах нормы для системы управления. Автоматическая система управления состоит из двух переменных процесса, которые связанные с ней: контролируемой переменной и регулируемой переменной.
Контролируемая переменная процесса – та, которая поддерживается на определенном уровне или в пределах указанного диапазона. В предыдущем примере, уровень резервуара является регулирующей величиной.
Управляющее воздействие – переменная процесса, которая запускается системой управления для поддержания регулируемой переменной на заданном значении или в пределах указанного диапазона. В предыдущем примере, скорость потока воды, подается в резервуар регулируемой переменной.
В любой системе автоматического управления есть четыре основные функции:
Система управления уровнем воды в приведенном выше примере имеет датчик уровня, который измеряет уровень в резервуаре. Передатчик уровня посылает сигнал, показывающий уровень в баке на устройство контроля уровня, где он (уровень) сравнивается с желаемым уровня в резервуаре. Затем устройство контроля за уровнем вычисляет как далеко открыт клапан подачи, чтобы устранить разницу между фактическим и желаемым уровнем бака.
Тремя функциональными элементами, необходимыми для выполнения функций системы автоматического управления являются:
Измерительный элемент выполняет функции измерения путем восприятия и оценки регулируемой величины. Элемент обнаружения ошибок сперва сравнивает значение регулируемой величины с желаемой величины, а затем сообщает об ошибке, если есть отклонение между фактическим и желаемым значениям. Конечный элемент управления реагирует на сигнал ошибки путем коррекции регулируемой переменной процесса.
Автоматический контроллер восприимчив к ошибкам, само корректируемое устройство. Он принимает сигнал от процесса и подает его обратно в процесс. Таким образом, управление с обратной связью, называется обратной связью.
Система управления представляет собой систему элементов, интегральной функцией которых является поддержание переменной процесса на заданном значении или в пределах желаемого диапазона значений.
Управляющий вход системы запускается обращением к системе управления из внешнего источника для получения указанного ответа от системы управления.
Выход системы управления является фактическим ответом, полученным от системы управления.
Разомкнутая система управления – в которой управляющее воздействие не зависит от выхода.
Замкнутая система управления – в которой управляющее воздействие зависит от выхода.
Обратная связь – это информация в замкнутой системе управления о состоянии переменной процесса.
Контролируемая переменная процесса – та, которая поддерживается на определенном уровне или в пределах указанного диапазона.
Управляющее воздействие – переменная процесса, которая запускается системой управления для поддержания регулируемой переменной на заданном значении или в пределах указанного диапазона.