Министерство образования и науки Российской Федерации 1 страница

Государственные органы управления и контроля в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории:

-органы общей компетенции

-органы специальной компетенции

К государственным органам общей компетенции относятся: Президент, Федеральное Собрание, Государственная Дума, Правительство, представительные и исполнительные органы власти субъектов федерации, муниципальные органы. Эти органы определяют основные направления природоохранной политики, утверждают экологические программы, обеспечивают экологическую безопасность, устанавливают правовые основы и нормы в пределах своей компетенции и т.д.

Государственные органы категории специальной компетенции подразделяются на комплексные, отраслевые и функциональные.

Комплексные органы выполняют все природоохранные задачи. В нашей стране впервые такой орган был создан в 1988г.- Государственный комитет по охране природы. В настоящее время функции по рационализации природопользования и охране окружающей среды переданы Министерству природных ресурсов РФ.

Ее задачей являются: контроль за использованием и охраной всех природных ресурсов;

Разработка предложений по рационализации природопользования; утверждение стандартов и правил природопользования, обязательных для всех остальных министерств и ведомств также руководство заповедным делом и ведение общегосударственной Красной книги; распространение экологических знаний среди населения; государственная экологическая экспертиза всех крупных строек и проектов.

К комплексным органам управления относятся:

-Департамент Госсанэпиднадзора Минздрава РФ;

-Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) – осуществляет экологический контроль за состоянием окружающей природной среды, информирует население об изменениях в окружающей среде с помощью широкой сети наблюдательных пунктов;

-Министерство РФ по делам гражданской обороны, министерство чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС РОССИИ) – обеспечивает безопасность людей в условиях экстремальной ситуации, стихийных бедсвий, производственных аварий и катастроф.

Отраслевые органы (РОСКОМЗЕМ, РОСЛЕСХОЗ, МИНСЕЛЬХОЗ РОССИИ) – выполняют функции управления и надзора по охране и использованию отдельных видов природных ресурсов и объектов.

Функциональные органы в ыполняют одну или несколько родственных функций в отношении природных объектов:

-Госгортехнадзор России (контроль за использованием недр;

-Минздрав России (санитарно - эпидемиологический контроль);

-МВД России (охрана атмосферного воздуха от загрязнения транспортными средствами, санитарно – экологическая служба муниципальной милиции)

В настоящее время загрязнение среды и нарушение экологического равновесия приобрело глобальные масштабы. В связи с этим возникла необходимость международного сотрудничества в целях предотвращения глобальной экологической катастрофы. Поэтому помимо государственных органов существуют и международные органы управления природопользованием и охраной природы. Это Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП),Программа (комитет) по окружающей среде (ЮНЕП), Всемирный фонд дикой природы (ВВФ).

-

Рисунок 4.1 – Класифікація автоматичних регуляторів

Модульні – регулятори, виготовлені у вигляді модулів − друкованих плат стандартних типорозмірів, що приєднуються за допомогою стандартних роз’ємів і розташовуються в спеціальних каркасах або корпусах.

Блочно-модульні – регулятори, в яких використовуються як блочні, так і модульні принципи побудови, наприклад, в одному корпусі розміщується декілька модулів.

Модульні конструкції використовуються для покращення обслуговування та ремонту регуляторів.

9. За структурою:

а) приладні;

б) апаратні;

в) агрегатні.

Особливістю промислових приладних регуляторів є використання загального вимірюючого приладу, як для формування вимірювальної інформації, так і інформації для автоматизованої системи контролю (АСК) і для АСР (рисунок 4.2). Цим приладом є автоматичний компенсатор – вторинний вимірюючий прилад, що обладнаний перетворювачами для дистанційної передачі показань. Приклад: компенсаційний самописний автоматичний міст типу КСМ3 для вимірювання температури в комплекті з термометром опору.

При використанні електричної системи регулювання перетворювачем для дистанційної передачі сигналів може бути вбудований в прилад реохорд.

Перевага: мінімальна кількість апаратури.

Недолік: недостатня надійність АСУТП з приладними регуляторами тому, що вихід із ладу центрального вимірюючого приладу (компенсатора) приводить до виходу із ладу всіх систем АСУТП, тобто одночасно втрачається інформація про регульований параметр для оператора і для автоматичного регулятора. Це призводить до втрати контролю і управління ТОУ.

Рисунок 4.2 – Структурна схема приладного автоматичного регулятора

Приладна структура автоматичного регулятора неприйнятна для регулювання потужних екологічно-небезпечних об’єктів внаслідок низької надійності автоматичного регулятора, тому були розроблені апаратні регулятори (рисунок 4.3), особливістю яких є:

1) Більша надійність за рахунок дублювання (резервування) джерел інформації по інформаційному і регулюючому каналам. Для цього використовуються окремі вимірюючі перетворювачі для АСК і АСР.

За регламентом системи захисту повинні бути незалежними від АСР і АСК, тому в АСУТП потужних об’єктів управління потрібно використовувати потрійний комплект вимірюючих перетворювачів.

2) В залежності від виду технологічного параметру використовуються різні типи елементів порівняння за типом і принципом дії, наприклад для датчиків, що мають струмові сигнали, елемент порівняння повинен сприймати струм.

Це означає, що необхідно використовувати елементи порівняння багатьох типів в залежності від типів використовуваних датчиків, наприклад з термопарними входами, з входами для термометрів опору, з входами для струмових сигналів, для диференційно-трансформаторних перетворювачів, для тензодатчиків тощо.

Рисунок 4.3 – Структурна схема апаратного автоматичного регулятора

Регулятори апаратної структури будуються за блочним або модульним принципами. При цьому всі вони мають єдиний тип регулюючого модулю або блоку і багато різних типів вимірюючих блоків або модулів.

Таким чином, така структура АР має недоліки:

− Велика кількість типів вимірюючих блоків для датчиків з неуніфікованими сигналами (окремі блоки для термопар, для термометрів опору, для диференційно-трансформаторних датчиків).

− Надлишкове резервування вимірюючих перетворювачів.

Агрегатна структура регулятора (рисунок 4.4). З метою зменшення номенклатури вимірюючої і регулюючої апаратури (тобто кількості їх типів) в регулятор вводиться нормуючий перетворювач, призначений для перетворення будь-яких неуніфікованих сигналів в уніфіковані струмові або за напругою сигнали ДСП (державної системи приладів):

Уніфіковані струмові сигнали: 0–5, 0–20, 4–20 мА.

Уніфіковані сигнали за напругою: одно- та двополярні 0–1, 0–2,5, 0–5, 0–10 В.

Особливістю струмових уніфікованих сигналів є можливість передачі інформації на велику відстань, тобто незалежність від опору з’єднувального кабелю, а також можливість послідовного приєднання кількох навантажень до одного джерела струму (автоматичних систем контролю, регулювання, захисту).

Рисунок 4.4 – Структурна схема агрегатного автоматичного регулятора

Основна перевага агрегатного регулятора:

1) Використання одного типу вимірюючого блоку, тобто значне скорочення матеріальних затрат (замість кількох різних блоків використовують один),

2) Збільшення надійності роботи.

Недоліки:

1) Підвищені вимоги до класів точності вимірюючого і нормуючого перетворювачів, наприклад, якщо КТ_ВП = 0,5, КТ_НП = 0,5, то

.

Якщо клас точності комплекту КТ_КОМП повинен бути не гіршим за 0,5, то тоді класи точності КТ_ВП і КТ_НП необхідно вибрати рівними 0,25, тобто для одержання заданої точності в агрегатному регуляторі необхідно використовувати значно складніші та дорожчі прилади.

5 Універсальні регулятори загальнопромислового призначення

універсальні регулятори загальнопромислового призначення (УРЗП) призначені для регулювання більшості технологічних параметрів і процесів, в тому числі в енергетиці, металургії, хімічній, нафтопереробній та інших галузях промисловості при обмеженій номенклатурі блоків.

5.1 Вимоги до УРЗП

УРЗП відповідають наступним вимогам:

1. забезпечення можливості підключення вимірюючих перетворювачів різних типів.

2. формування сигналу завдання тієї ж природи, що й інформаційний сигнал.

3. формування закону регулювання з високою точністю, причому параметри налаштування закону регулювання повинні змінюватися в широкому діапазоні.

4. забезпечення потрібної потужності вихідного сигналу регулятора для переміщення РО.

5. розташування складових частин АР в різних частинах виробництва: на технологічному об’єкті – датчики, контролери, ВМ і РО; у диспетчерському пункті управління (в енергетиці має назву БЩУ) – автоматизовані робочі місця та пульти операторів-технологів, монітори, клавіатури, індикатори, блоки управління, задатчики; в приміщенні регуляторів – панелі регуляторів.

6. забезпечення заданої надійності роботи за рахунок такої конструкції блоків, що забезпечує зручність обслуговування і ремонтоздатність.

7. забезпечення повноти номенклатури додаткових пристроїв регулятора (блоків управління, пускових пристроїв тощо).

8. здатність до серійного виробництва (прилади, що виготовлені на конвейєрі, повинні мати однакові технологічні характеристики без індивідуального налаштування).

9. конструктивні, технологічні і економічні показники на рівні світових стандартів.

10. забезпечення працездатності в різноманітних умовах експлуатації, а саме, у жорстких кліматичних умовах − на відкритому повітрі в широкому діапазоні температур, вологості, вібрації й у вибухонебезпечних приміщеннях, тобто відповідати міжнародному стандарту ІР по захисту корпусів від дії пилу та вологи.

Особливості УРЗП:

1. формування типових лінійних законів регулювання: П, І, Д, ПІ, ПІД,

2. висока динамічна точність відтворення заданого закону регулювання.

5.2. Розробники та виробники промислових регуляторів

В різні роки ТЗА для енергетики розроблялись в широко відомих організаціях:

1. ЦНИИКА – Центральный научно-исследовательский институт котельных агрегатов, м. Москва;

2. ВТИ – Всесоюзный теплотехнический институт, м. Москва;

3. НИИ «Теплоприбор» – Научно-исследовательский институт «Теплоприбор», м. Москва;

4. СКБ САУ – Специальное конструкторское бюро средств автоматизации, м. Волгоград;

5. ОКБА – Отдельное конструкторское бюро автоматики, м. Москва.

Відомі заводи-виробники ТЗА:

1. МЗТА – Московский завод тепловой автоматики;

2. ЧЗЭИМ – Чебоксарский завод электрических исполнительных механизмов;

3. Завод «Тизприбор», м. Москва;

4. Завод «Теплоприбор», м. Челябинск;

5. ОАО Івано-Франківський завод «Промприбор».

Ці та багато інших заводів СРСР та СНГ починали розробку та виробництво аналогової вимірюючої та регулюючої апаратури і виконавчих механізмів, зараз більшою частиною їх продукції є цифрові мікропроцесорні регулюючі прилади та контролери.

6 Загальні принципи побудови регуляторів з лінійними типовими законами регулювання

Закон регулювання називається лінійним, якщо всі математичні операції, що входять до його рівняння є лінійними (додавання, віднімання, множення на постійний коефіцієнт, диференціювання, інтегрування).

Поява в рівнянні закону регулювання будь-якої з нелінійних математичних операцій (ділення або множення двох змінних, тригонометричні, степеневі або трансцендентні функції тощо) перетворює його у нелінійний закон регулювання.

Найбільш розповсюджений типовий лінійний ПІД-закон регулювання має рівняння, що складається з інтегральної (І), диференціальної (Д) та пропорційної (П) складових:

(6.1)

З рівняння (6.1) одержуємо вирази для параметрів налагодження лінійних законів регулювання: простих (інтегрального, диференціального, пропорційного) та складних (пропорційно-інтегрального, пропорційно-інтегрально-диференціального).

І -закон регулювання, виходячи із загального рівняння (6.1), має вигляд:

,

де

Д- закон регулювання:

де

П -закон регулювання:

де

ПІ -закон регулювання:

де

ПІД -закон регулювання:

(6.2)

де

6.1 Реалізація лінійних законів регулювання в автоматичних регуляторах методом послідовної корекції

а) з ВМ пропорційної дії (швидкості).

В цьому випадку КПП (регулюючий прилад) і ВМ включені послідовно (рисунок 3.1) і передатна функція АР має вигляд:

(6.3)

ВМ пропорційної дії описується передатною функцією пропорційної ланки:

Передатна функція ПІД-регулятора у відповідності з виразом (6.2) є сумою трьох складових закона регулювання і може бути реалізована у вигляді трьох паралельно включених ланок з суматором їх вихідних сигналів (рисунок 6.1).

Відповідно, пропорційна, інтегральна і диференціальна ланки мають передатні функції

де K₁ – коефіцієнт пропорційності регулятора, що є загальним для всіх ланок.

Рисунок 6.1 – Реалізація АР методом послідовної корекції з ВМ пропорційної дії

Як видно з рисунку 6.1, АР складається з трьох послідовно включених ланок: КПП, підсилювача потужності – пропорційної ланки з коефіцієнтом передачі К_П, виконавчого механізму пропорційної дії з коефіцієнтом передачі К_ВМ.

Оскільки еквівалентна передатна функція послідовного з’єднання ланок визначається як добуток їх передатних функцій, то коефіцієнт передачі регулятора в цілому К_Р – це добуток коефіцієнтів передач трьох послідовно включених ланок.

К_Р = К₁ ∙ К_П ∙ К_ВМ .

б) з ВМ постійної швидкості

Рисунок 6.2 – Реалізація АР методом послідовної корекції з ВМ постійної швидкості

Широко розповсюджені ВМ постійної швидкості мають властивості інтегральної ланки:

Вони відкривають або закривають РО з однією швидкістю, що визначається параметрами асинхронних електродвигунів і редукторів (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Динамічна характеристика ВМ постійної швидкості

Ця інтегральна властивість ВМ значно спотворює закон регулювання, тому, при послідовному включенні КПП і ВМ еквівалентна передатна функція АР визначається так само, як і раніше, виразом (6.3).

Для того, щоб методом послідовної корекції реалізувати ПІД-закон регулювання, потрібно в КПП врахувати інтегральні властивості ВМ.

Складові ПІД-закону регулювання формуються наступним чином.

П-складова закону регулювання формується шляхом нейтралізації інтегральних властивостей ВМ, тобто послідовним включенням з інтегральним ВМ Д-ланки – ланки з протилежними властивостями (П = І ∙ Д).

Для формування І-складової закону регулювання необхідно послідовно з ВМ включити пропорційну ланку, що не змінює в цілому інтегральних властивостей з’єднання ланок, а лише масштабує сигнал: І = І ∙ П.

Д-складова закону регулювання формується подвійним диференціюванням інтегральних властивостей ВМ: Д = І ∙ Д ∙ Д = І ∙ Д².

Таким чином, для формування ПІД закону регулювання КПП в комплекті з ВМ постійної швидкості повинен виконувати ПДД² перетворення сигналу неузгодження на його вході. Тобто, КПП повинен містити три паралельно-погоджено включених ланок з передатними функціями:

П -складова – диференціатор: .

І -складова – пропорційна ланка: .

Д -складова – диференціатор другого порядку: .

Як і в попередньому випадку, коефіцієнт передачі регулятора в цілому враховує коефіцієнти передачі послідовно з’єднаних ланок:

ВМ постійної швидкості найчастіше використовуються в енергетиці та у вибухобезпечних виробництвах, а метод послідовної корекції, в якому формування складових закону регулювання з розрахунком другої похідної, легко реалізується в цифрових регуляторах.

В аналогових регуляторах цей метод майже не використовується, оскільки формування другої похідної приладним (схемним) шляхом підсилює завади, наприклад, якщо сигнал датчика має короткотривалу (імпульсну) заваду (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 – Ілюстрація ефекту підсилення завад в диференціаторах

Т.ч. один короткий імпульс завади породжує два імпульси першої похідної нескінченної висоти (амплітудою до напруги джерела живлення ± u_Ж). Схемний спосіб т.ч. підсилює завади і чутливий до них.

Висновок: метод послідовної корекції в аналогових ПІД-регуляторах виконується з складністю, в них потрібно встановлювати якісні фільтри завад в інформаційних сигналах та в джерелах живлення.

6.2 Метод паралельної корекції при формуванні типових законів регулювання

В методі паралельної корекції для формування закону регулювання використовуються особливі властивості паралельно-зустрічного з’єднання ланок, що складається з ланки прямого зв’язку і ланки негативного зворотного зв’язку з передатними функціями W_пр(s) і W_зз(s) (рисунок 6.5).

Запишемо еквівалентну передатну функцію цього з’єднання ланок:

. (6.4)

Рисунок 6.5 – Паралельно-зустрічне з’єднання ланок

Розділимо чисельник і знаменник виразу (6.4) на W_пр(s):

.

Якщо коефіцієнт передачі ланки прямого ланцюга W_ПР(s) нескіченно великий, то

, (6.5)

тобто при передатна функція паралельно-зустрічного з’єднання ланок W_P(s) може наближено визначатися лише передатною функцією ланки зворотного зв’язку W_ЗЗ(s):

при . (6.6)

Подібні з’єднання ланок (системи з негативним зворотним зв’язком) називаються граничними, в них потрібний закон регулювання формується у ланці зворотного зв’язку.

Граничною системою називається паралельно-зустрічне з’єднання ланки прямого зв’язку W_ПР(s) і ланки зворотного зв’язку W_ЗЗ(s), в якій в прямій ланці використовується підсилювач з нескінченно великим коефіцієнтом передачі, внаслідок чого еквівалентні властивості з’єднання формуються в ланці зворотного зв’язку, передатна функція якої описується рівнянням (6.6).

6.3 Реалізація П-закону регулювання АР з ВМ постійної швидкості

а) з охопленням ВМ постійної швидкості зворотним зв’язком

В прямому зв’язку П-регулятора містяться (рисунок 6.6): операційний підсилювач з коефіцієнтом передачі K ₁ і передатною функцією

і виконавчий механізм постійної швидкості з передатною функцією

.

Рисунок 6.6 – Структурна схема П-регулятора за варіантом а)

1. Визначимо передатну функцію ланки зворотного зв’язку граничної системи, зображеної на рисунку 3.6, для формування ідеального П-закону регулювання

,

звідки

.

Висновок: для формування П-закону в граничній системі ланка негативного зворотного зв’язку повинна бути пропорційною ланкою з коефіцієнтом передачі K_ЗЗ.

2. Дослідимо властивості реального регулятора для випадку, коли коефіцієнт передачі ОП є кінцевим числом,тобто K ₁ ≠ ∞.

Для цього запишемо еквівалентну передатну функцію з’єднання ланок (рисунок 6.6):

,

далі поділимо чисельник і знаменник на Т_ВМ ∙s

. (6.7)

Виділимо з рівняння (6.7) передатну функцію ідеального П-закону, для чого поділимо його чисельник і знаменник на K ₁ · K_ЗЗ · K_ВМ:

,

таким чином, з’єднання ланок в граничній системі, що має властивості П-регулятора, може бути представлене у вигляді послідовного з’єднання двох умовних ланок: ланки з передатною функцією ідеального П-регулятора W_ИД^П(s) та баластної ланки W_БАЛ^П(s), що спотворює ідеальний П-закон регулювання, і властивості якої визначимо далі.

3. Визначимо властивості баластної ланки реального П-регулятора.

Передатна функція ідеального П-регулятора

.

Передатна функція баластної ланки П-регулятора:

.

Проаналізуємо властивості баластної ланки реального П-регулятора і зробимо наступні висновки:

1. Баластна ланка є інерційною ланкою першого порядку.

2. Баластна ланка має коефіцієнт передачі , тобто вона не змінює амплітуду вихідного сигналу регулятора.

3. Постійна часу баластної ланки

є змінною величиною, оскільки її величина залежить від значень параметру налаштування регулятора K_Р, параметрів ВМ (Т_ВМ, K_ВМ) і коефіцієнта передачі ОП K ₁ – якості операційного підсилювача.

4. в граничній системі при K ₁ →∞ постійна часу баластної ланки Т_БАЛ^П→ 0, тобто баластна ланка перетворюється в П-ланку з одиничним коефіцієнтом передачі і не спотворює закон регулювання.

5. в реальних промислових регуляторах з кінцевим значенням коефіцієнта передачі ОП K ₁постійна часу баластної ланки Т_БАЛ^П є кінцевою величиню, тобто замість П-закону реальний П-регулятор формує аперіодичний (А) закон регулювання (рисунок 6.7).

Рисунок 6.7 – Криві розгону ідеального і реального П-регуляторів

У сучасних промислових регуляторах використовуються операційні підсилювачі з К ₁> 10000, тому вони формують закон регулювання, близький до ідеального П-закону регулювання.

Для визначення діапазону частот вхідних сигналів, в яких виконується формування з допустимою точністю заданого закону регулювання реальними промисловими регуляторами вводиться поняття області нормальної роботи (ОНР) регулятора.

ОНР – область у просторі стану АР (амплітуди і частоти вхідного сигналу X_m∙sin ωt та параметрів налаштування АР), в якій складові комплексної частотної характеристики (КЧХ) реального регулятора відрізняються від тих же характеристик ідеального регулятора не більше, ніж на наперед задані величини

Поиск по сайту: