1.3.2. Структурні та функціональні схеми

Структурні схеми. При розробці систем автоматизації в першу чергу необхідно з'ясувати, з яких місць ті або інші ділянки об'єкту управляються, де розміщені пункти управління, операторські приміщення і який взаємозв'язок між ними, тобто необхідно встановити, яка структура управління об'єктом.

Рис. 1.7. Структурна схема системи автоматизації

У найзагальнішому вигляді структурна схема системи автоматизації представлена на рис. 1.7. Система автоматизації складається з об'єкту автоматизації і системи управління цим об'єктом. Завдяки певній взаємодії між об'єктом автоматизації і системою управління система автоматизації в цілому забезпечує необхідний результат функціонування об'єкту, що характеризується параметрами y₁, y₂..., y_n. Ці параметри називають вихідними параметрами об’єкта автоматизації.

До цих параметрів можна віднести як величини, що визначають, наприклад, доцільний кінцевий продукт технологічного процесу, так і окремі параметри, що визначають хід технологічного процесу, його економічність, безаварійну роботу тощо.

Окрім цих основних параметрів, робота об'єктів автоматизації характеризується рядом допоміжних параметрів (ε₁, ε₂ ..., ε_n), які також повинні контролюватися і регулюватися, наприклад підтримуватися постійними. До такого роду параметрів можна віднести, зокрема, величини, що визначають роботу установок підготовки технологічного повітря, технологічної пари насосних станцій оборотного водопостачання тощо.

Від цих установок потрібна тільки подача на вхід технологічної установки початкової сировини і енергоносіїв із заданими параметрами. При цьому необхідне дозування подачі сировини і енергоносіїв здійснюється засобами управління, що відносяться до технологічної установки.

В процесі роботи на об'єкт поступають збурюючі дії f₁ f₂..., f_n, що викликають відхилення параметрів y₁, y₂..., y_n від їх оптимальних значень. Ці дії на об’єкт автоматизації, які є непрогнозованими називають збуренням.

Інформація про поточні значення y₁, y₂..., y_n, ε₁, ε₂ ..., ε_n поступає в систему управління і порівнюється з їх заданими значеннями g₁, g₂, g_n, внаслідок чого система управління здійснює керуючий вплив x₁, x₂..., x_n на об'єкт, направлений на компенсацію відхиленнь вихідних параметрів від їх оптимальних значень. Цей керуючий вплив на об’єкт називають вхідними параметрами об’єкта автоматизації.

Таким чином, об'єкт автоматизації в загальному випадку складається з декількох більшою чи меншою мірою зв'язаних один з одним ділянок управління. Останні фізично можуть представлятися у вигляді окремих установок, агрегатів і так далі або у вигляді локальних каналів управління окремими параметрами одних і тих же установок, агрегатів тощо.

У свою чергу система управління залежно від важливості регульованих параметрів, кола інтересів експлуатаційного персоналу, якому важливо знати їх значення для здійснення оптимального управління об'єктом, в загальному випадку повинна забезпечувати різні рівні управління об'єктом автоматизації, тобто повинна включати декілька пунктів управління, в тому або іншому ступені взаємозв'язаних один з одним.

Як було викладено вище об’єкти автоматизації характеризуються вихідними, вхідними параметрами та збуреннями. Для того щоб врахувати дію цих параметрів на об’єкт автоматизації розробляється структурна схема. Перед виконанням структурної схеми потрібно знати призначення об’єкта автоматизації та його технологічну роботу.

Об’єкт автоматизації на схемі показують в вигляді прямокутника. Параметри об’єкта позначають літерами.

Всі параметри зображують стрілками і розміщують вихідні параметри y праворуч, а вхідні х – ліворуч від об’єкта автоматизації, збурення f – зверху. Біля стрілок позначають фізичну, механічну, енергетичну, електричну величини відповідними літерами. Під схемою проставляються всі позначення з їх розшифровкою.

Рис. 1.8. Структурна схема елементного водонагрівача:

x – вхідні параметри;Y – вихідні параметри; f – збурення; U_м – напруга мережі; Θ_в – температура нагріву води; _, Θ_х – температура холодної води; Θ_к – температура корпусу водонагрівача

Загальний вигляд структурної схеми простого об’єкта автоматизації на прикладі елементного водонагрівача зображено на рисунку 1.8.

Функціональні схеми поділяються на функціональні електричні та функціонально-технологічні схеми автоматизації.

Функціональна електрична схема показує функціональне призначення елементів, пристроїв схеми автоматизації, їх взаємозв’язок з вказуванням виду величини, що передається між функціональними пристроями, використовуючи умовні позначення.

Для того, щоб розробити функціональну схему потрібно досконало знати технологічну роботу установки та призначення кожного елемента об’єкта автоматизації.

На функціональній схемі позначення зображують квадратами з розмірами 15мм, пристрій, що порівнює вхідні величини з заданим параметром позначають колом з діаметром –10 мм і проставляють напрямок дії сигналів за допомогою стрілок між функціональними пристроями.

Напрямок дії керуючого сигналу вказують відповідно до послідовності спрацювання елементів або пристроїв установки. Наприклад, від сприймаючого до порівняльного пристрою, потім до підсилювального, керуючого, виконавчого та на об’єкт керування, яким являється установка. На стрілках напрямку дії проставляють величину, яка передається між цими елементами або пристроями використовуючи позначення, що прийняті для позначення фізичних, механічних і електричних величин.

Приклади позначень деяких функціональних пристроїв на функціональній схемі показано в таблиці 1.3.

Розміщують на схемі умовні позначення симетрично, лінії зв’язку повинні бути паралельні або перпендикулярні. Позначення мають бути акуратні і розбірливі. Під схемою розміщують позначення елементів або пристроїв на функціональній схемі.

Зразок функціональної схеми елементного непроточного водонагрівача показано на рисунку 1.9

Таблиця 1.3

Основні позначення на функціональній схемі

Рис.1.9. Функціональна схема водонагрівача:

ОК –об’єкт керування, водонагрівач. ВП – виконуючий пристрій, ТЕНи, КП – керуючий пристрій, магнітний пускач, ПП –пристрій порівняння, термореле, СЕ - сприймаючий пристрій.