gruzd ® 10-Jan-2015 23:09

Принципы построения и основы наладки контроллеров и систем автоматики


Год выпуска: 2010
Язык: русский
Автор: Пипченко А. Н., Пономаренко В. В. Шевченко В.А
Формат: PDF/DJVU/JPEG
Качество: Распознанный текст с ошибками (OCR)
Издательство: Одесский морской тренажерный центр
Количество страниц: 600
ISBN: 978-966-2389-15-9
Описание: Книга предназначена для широкого круга инженерно- технического персонала, занимающегося разработкой, наладкой, вводом в эксплуатацию и модернизацией микропроцессорных устройств и систем промышленной и судовой автоматики. Она будет полезна также преподавателям, аспирантам и магистрам для внедрения материалов книги в учебный и научно-исследовательский процесс.

Содержание / Contents

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение................................................................................................... 15
1. Контроллеры............. 20
1.1. Программируемые контроллеры............................................... 20
1.1.1. Определение программируемого контроллера.............. 20
1.1.2. Альтернативы программируемым контроллерам.......... 22
1.1.2.1. Управление, базируемое на персональном
компьютере (PC-based control)............................ 22
1.1.2.2. Распределённые системы управления.............. 23
1.1.2.3. Релейное управление........................................ 23
1.1.2.4. Одноплатные контроллеры (Single-board controllers)...........................................,i........................ 23
1.1.3. Функции программируемого контроллера....................... 24
1.1.3.1. Выбор сети.............................................................. 24
1.1.3.1.1. Общие сведения..................................... 24
1.1.3.1.2. Пример информационной сети............ 26
1.1.3.1.3. Пример управляющей сети................... 26
1.1.3.1.4. Пример аппаратной сети (DeviceNet)... 27
1.1.3.1.5. Последовательное (serial) соединение 28
1.1.3.2. Выбор устройств ввода/вывода (I/O).................. 29
1.1.3.2.1. Базирующиеся на шасси или распределенные
устройства ввода/вывода? (Chassis-based vs Distributed I/O).......... 29
1.1.3.2.2. Типы I/O устройств................................. 29
1.1.3.2.3. Специально применяемые требования............................................................. 30
1.1.3.3. Выбор программного обеспечения..................... 31
1.1.3.3.1. Общие сведения..................................... 31
1.1.3.3.2. Языки программирования...................... 32
1.1.3.3.3. Стандарты программного обеспечения............................................................. 37
1.1.3.3.4. Программное обеспечение для управляющего компьютера (Soft control)....... 37
1.1.3.3.5. Другие пакеты программного обеспечения......................................................... 37
1.1.3.4. Выбор контроллеров............................................. 38
1.2. Автономные контроллеры (Stand-alone controllers)............... 45
1.2.1. Общие сведения.................................................................. 45
1.2.2. Одно и двухконтурные контроллеры................................ 53
1.3. Гидравлические контроллеры.................................................... 55
1.3.1. Введение............................................................................... 55
1.3.2. Элементы гидравлических контроллеров.............,........ 55
1.3.3. Гидравлические усилители................................................ 57
1.3.3.1. Инжекторный клапан............................................. 57
1.3.3.2. Откидной клапан (Flapper valve)......................... 57
1.3.3.3. Золотниковый клапан (spool valve)..................... 58
1.3.3.4. Электрогидравлический усилитель.................... 59
1.3.3.5. Сервоклапана - Servo Valves............................... 60
1.3.3.6. Пропорциональные клапана................................ 60
1.3.3.7. Гидравлические жидкости..................................... 61
1.3.3.8. Покаростойкие жидкости..................................... 62
1.3.4. Источники энергии (Power1Considerations)...................... 62
1.3.5. Применение гидравлических систем управления (applications)..........................i.................................................. 64
2. Распределённые системы управления......................................... 68
2.1. Введение........................................................................................ 68
2.2. Эволюция распределённых систем управления.................... 69
2.2.1. Общие сведения.......................;....................................... 69
2.2.2. Интервал выборки данных, обусловленный временем
простоя (dead time)............................................................. 75
2.2.3. Ввод контуров: Последовательность ввода в действие (Initialization Sequences) и безударно- стабилизированный переход (Burnpless-Balanceless
Тransfer)...ч......................................................................... 79
2.2.4. Гибридные проекты с автоматическим или ручным
резервированием (backup) на аналоговой технике...... 81
2.2.5. Переход от автоматического контроля к производственному управлению...................................................... 81
2.3. Направления рынка (marked trends)......................................... 86
2.3.1. Шины связи (fieldbus) и развитые устройства (intelligent devices).......................................................................... 86
2.3.2. Интернет технология......................................................... 89
2.3.3. Компоненты и контейнеры объектно-
ориентированного программного обеспечения............. 89
2.3.4. Расширенная архитектура................................................ 90
2.3.5. Заключение......................................................................... 91
2.4. Интегрированные распределённые системы (FIELD-
BASED SYSTEMS)........................................................................ 93
2.4.1. Общие сведения................................................................. 93
2.4.2. Аппаратное обеспечение (HARDWARE)........................ 95
2.4.3. Программное обеспечение (SOFTWARE)...................... 97
2.4.4. Характеристики интегрированной системы................... 98
2.4.5. Результаты внедрения распределённой системы
(FIELD-BASED SYSTEM RESULTS)................................. 99
2.4.6. Заключение......................................................................... 100
3. Вычисление и управление................................................................ 101
3.1. Общие сведения......................................................................... 101
3.2. Изначальное применение компьютеров в системах управления............................................................................................... 102
3.3. Персональный компьютер в промышленных приборах.........105
3.3.1. Общие сведения................................................................ 105
3.3.2. Основы PC........................................................................... 106
3.3.3. Основные компоненты PC..................................................107
3.3.4. Типы памяти PC................................................................. 107
3.3.5. Быстродействие PC (PC speed)...................................... 108
3.3.6. Управление и преббразование информации............... 109
3.3.7. Сопряженность PC.-.!..;,...................................................... 109
3.3.8. Программное обеспечение PC....................................... 111
3.3.9. Способы управление софтом.......................................... 114
3.3.10. Прогресс в усилении PC................................................. 115
3.4. Терминология...................... 117
3.5. Распределённое числовое программное управление и организация
сети. (Distributed numerical control and networking)..................................................................................... 149
3.5.1. Общие сведения................................................................ 149
3.5.2. Распределённое числовое программное управление. 149
3.5.2.1. Общие сведения................................................... 149
3.5.2.2. Базисная конфигурация DNC............................. 150
3.5.2.3. Компоненты систем DNC.................................... 151
3.5.2.4. Дополнительные исполнительные функции.... 152
3.5.3. Операционные системы DNC.......................................... 152
3.5.3.1. Общие сведения................................................... 152
3.5.3.2. Функциональная “размытость” нечёткость
(Blur)...........................................................................153
3.5.3.3. Персональные компьютерные DNC-системы.. 154
3.5.3.4. Сети типа UNIX-Based......................................... 156
3.5.3.5. Сеть Novell...............................................................157
3.5.3.6. Направления систем DNC.................................. 157
4. Управление цикличными процессами.............................................159
4.1. Общие рведения........................................................................... 159
4.2. Цикличный принцип........................................................................159
4.3. Описание и систематика циклового процесса........................ 160
4.4. Факторы системного выбора........................................................167
5. Спецификация производственных месседжей........................... 174
5.1. Введение*.*..................................... 174
5.1.1. Что такое MMS?........................ 174
5.1.2. История MMS.........................................................................174
5.1.3. Стандарт MMS.................1...................................................176
5.1.4. Выгоды MMS (Benefits of MMS)..........................................177
5.1.5. Обоснованность MMS (Justifying MMS).......................... 179
5.2. Модель VMD (The VMD MODEL)............................................... 180
5.2.1. Общие сведения...................................................................180
5.2.2. Взаимосвязь пользователь/сервер (Client/server Relationship)......................... 181
5.2.3. Реальные и виртуальные устройства и объекты (Real
and Virtual Devices and Objects)...................................... 182
5.2.4. Моделирование MMS устройства и объекта (MMS
Device and Object Modeling)............................................... 183
5.2.5. Объекты MMS (MMS Objects)........................................... 184
5.2.6. Объект VMD (VMD Object)................................................ 185
5.2.7. Вспомогательные службы VMD (VMD Support
services)................................................................................. 186
5.3. Исполнительная модель VMD.................................................... 187
5.3.1.Общие сведения.................................................................. 187
5.3.2. Домены (Domains)...................... 187
5.3.3. Программный вызов (Program Invocation)...................... 189
5.3.4. Пример цикличного контроллера (Batch Controller Example).................................................................................... 191
5.4. Модель выборки переменных (VARIABLE-ACCESS
MODEL)........................................................................................... 192
5.4.1. Общие сведения................................................................. 192
5.4.2. Переменные MMS (МMS Variables)................................. 193
5.4.3. Сервисы выборки переменных (Variable-Access Services) .......... 198
5.4.4. Характеристики выборки переменных (Variable-
Access Features).................................................................. 199
5.5. Модель управления событием (EVENT MANAGEMENT
MODEL)........................................................................................... 200
5.5.1. Общие сведения...................................................................200
5.5.2. Объект событийного состояния (Event Condition Object)........................................................................................ 201
5.5.3. Событийные действия (Event Actions)............................ 204
5.5.4. Регистрация новых событий (Event Enrollments).......... 205
5.6. Семафорная модель управления (SEMAPHORE MANAGEMENT MODEL)....................................................................... 209
5.6.1. Общие сведения...................................................................209
5.6.2. Семафоры на право доступа (Token semaphores)...... 209
5.6.3. Семафоры пула, накопителя (Pool semaphores)..........211
5.6.4. Семафорный вход (Semaphore Entry)............................ 212
5.6.5. Сервисы семафора (Semaphore Services).................... 214
5.7. Другие MMS объекты (OTHER MMS OBJECTS)..................... 215
5.7.1. Объект операторской станции (Operator Station Object)................................................................................... 215
5.7.2. Журнальные объекты (Journal Objects).......................... 215
5.7.3. Файлы (Files).........................................................................216
5.8. Управление контекстами (CONTEXT MANAGEMENT).......... 217
5.8.1. Общие сведения................................................................. 217
5.8.2. Ассоциации относительно связей (Association vs
Connection)........................................................................... 218
5.8.3. Сервисы управления контекстами (Context Management Services)...................................................................... 219
5.9. Резюме (Summary)....................................................................... 220
6. Основы и методы управления процессами............................. 221
6.1. Принципы управления................................................................ 221
6.1.1. Характеристики типовых процессов................................ 221
6.1.2. Двухпозиционное и пропорциональное регулирование......................................................................................... 229
6.1.2.1. Процесс двухпозиционного регулирования..... 229
6.1.2.2. Пропорциональное управление......................... 232
6.1.2.3. Разбаланс (offset).................................................. 235
6.1.3. Ручная и автоматическая подстройка разбаланса...... 236
6.1.4. Коррекция по производной (Derivative action, Rate action)........................................................................................ 240
6.1.5. Пропорционально-интегрально-дифференциальные
(ПИД) контроллеры (Proportional-integral-derivative)..... 242
6.1.6. Подбор и настройка контроллеров................................. 245
6.2. Методы управления процессами............................................... 253
6.2.1. Общие положения............................................................. 253
6.2.2. Описание пространства состояний (State-space representation)........................................................................... 254
6.2.3. Управление с разомкнутой и замкнутой обратной
связью. Запас устойчивости............................................. 258
6.2.3.1. Управление с разомкнутой обратной связью
(Open-loop control)................................................. 258
6.2.3.2. Управление с обратной связью.......................... 259
6.2.3.3. Запас устойчивости (робастность).................... 260
6.2.4. Управление с прямой связью.......................................... 264
6.2.5. Многосвязное управление (Multiple-loop control).......... 266
6.2.6. Представление возмущений (Disturbance representation)........................................................................................ 269
6.2.7. Управление с минимальным временем запаздывания (Minimum-Time Switching Control)............................. 271
6.2.8. Расчет минимального расхождения (Minimum-
Variance Design).................................................................. 273
6.2.9. Модель управления с обратной связью (Model-
Feedback Control).................... 275
6.2.10. Алгебраический расчет пропорционально-
интегрально-дифференциальных составляющих ПИД-контроллеров.......................................................... 276
6.2.11. Фильтрация побочных низкочастотных составляющих (Antialias Filtering)...................................................... 282
6.2.12. Адаптивное управление.................................................. 284
6.2.13. Системы распознавания образов (pattern
recognition) и экспертные системы, адаптер с обратной связью по выходу...................................................... 286
6.2.14. Идентификация дискретной модели. Адаптация разомкнутого контура...................................................... 290
6.2.15. Модель непрерывного прогноза. Адаптация разомкнутого
контура (Continuous-model identification, open- loop adaptation)........................................................ 294
6.2.16. Метод наименьших квадратов (least-squares
method), порционно-параметрический прогноз (batch parameter identification).................................................... 296
6.3. Основы алгоритмов управления............................................. 298
6.3.1. Структуры традиционного управления процессом...... 301
6.3.2. Системы счисления и основы арифметики.................. 304
6.3.3. Формат с фиксированной запятой................................. 305
6.3.4. Масштабирование расчетов с фиксированной запятой......................................................................................... 306
6.3.5. Диапазон применения и погрешность арифметики с
фиксированной запятой.................................................... 308
6.3.6. Умножение и деление с фиксированной запятой........ 310
6.3.7. Цифровое интегрирование при управлении................ 312
6.3.8. Формат плавающей запятой............................................ 314
6.3.9. Обобщенный многотонный формат плавающей запятой......................................................................................... 315
6.3.10. Спецификация алгоритмов с фиксированной запятой....................................................................................... 317
6.3.11. Операционные запросы (operational issues)............... 318
6.3.12. Входные ограничения: внешняя обратная связь...... 321
6.3.13. Внешняя обратная связь в нелинейных компенсаторах................................................................................... 325
6.3.14. Базовый алгоритм управления..................................... 326
6.3.15. Расчет PID контроллера................................................. 328
6.3.16. Расчет времени нечувствительности (Dead time)..... 330
6.3.17. Действия квантования и насыщения............................ 332
6.3.18. Идентификационные и матрично-ориентированные
результаты....................................................................... 334
6.3.19. Программное обеспечение и прикладные задачи..... 336
7. Обработка сигналов данных в компьютеризованных системах...................... 339
7.1. Общие сведения............................................................................. 339
7.2. Типы сигналов................................................................................. 340
7.3. Концевые пайёли (TERMINATION PANELS)............................... 342
7.4. Внешние сигналы и преобразователи (FIELD SIGNALS AND
TRANSDUCERS).'/.! ШЯл............................................................. 342
7.4.1. O&i^He сведения.uq.vi.......................................................... 342
7.4.2/Термопары (Thermocouples).............................. 344
7.4.3. Температурные датчики твёрдого состояния (Solid-
state temperature sensors)..й.................... 346
7.4.4. Резисторные температурные детекторы (Resistance
Temperatures Detectors - RTDs).......................................... 347
7.5. Системы сбора данных (Sampled-data systems)........................ 347
7.6. Системы аналогового ввода (Analog input systems).................. 349
7.6.1. Общие сведения................................................................... 349
7.6.2. Аналогово-цифровые преобразователи (Analog-to-
Digital Converters - A/D)....................................................... 350
7.6.3. Усилители (Amplifiers)................ 352
7.6.4. Одноконцевые и разностные сигналы (Single-Ended
versus Differential Signals)............................. 354
7.6.5. Устранения помехи общего вида (Common-Mode Rejection)........................................................................ 355
7.6.6. Система выборки и удержания данных (Sample/Hold
System).................................................................................... 357
7.6.7. Мультиплексоры.................................................................... 363
7.6.8. Обработка аналоговых сигналов (Analog Signal Conditioning)..................................................................................... 365
7.6.9. Фильтрация (Filtering).......................................................... 365
7.6.10. Масштабирование аналоговых сигналов (Analog Signal Scaling)........................................................................... 370
7.6.11. Входная буферизация (Input Buffering)........................... 371
7.6.12. Резисторные сигналы (Resistance Signals).................... 371
7.6.13. Преобразование тока (Current Conversion).................... 374
7.6.14. Трансмиттеры (Transmitters).......................................... 375
7.6.15. Защита от перенапряжения (Surge Protection).............. 376
7.6.16. Аналоговые развязки (Analog Isolation)........................... 378
7.7. Аналоговые выходы (ANALOG OUTPUTS)................................. 379
7.7.1. Цифро-аналоговые преобразователи (Digital-to-Analog
Converters - D/A).................................................................... 379
7.7.2. Фильтрация выхода (Output Filtering)............................... 379
7.8. Цифровые входы и выходы (DIGITAL INPUTS AND OUTPUTS)................................................................................................. 380
7.8.1. Общие сведения.................................................................... 380
7.8.2. Импульсные и частотные входы и выходы (Pulse and
Frequency Inputs and Outputs)................................. 380
7.8.3. Масштабирование цифровых сигналоё (Digital Signal
Scaling).................................................................................... 381
7.8.4. Цифровое разделение (Digital Isolation)............................ 382
7.8.5. Чувствительность контактов (Contact Sensing)............... 383
7.8.6. Управление реле (Relay Driving);.,„v.................... 384
7.8.7. Управление электродвигателем (Motor Control).............. 384
8. Помехи и разводка при управлении информационными сигналами (NOISE AND WIRING IN DATA SIGNAL HANDLING)........ 386
8.1. Общие сведения................. 386
8.2. Принципы заземления и экранирования (GROUNDING AND
SHIELDING PRINCIPLES) ..................................... 387
8.2.1. Общие сведения................................................................... 387
8.2.2. Типы кабелей (Cable Types).,........ 390
8.3. Устранение неисправностей из-за помех (TROUBLESHOOTING GUIDE FOR NOISE)........................................... 391
8.3.1. Общие сведения................................................................... 391
8.3.2. Руководства по длине кабеля (Cable-Length Guidelines) 393
9. Промышленные управляющие сети (INDUSTRIAL CONTROL
NETWORKS)............................................................................................ 395
9.1. Общие сведения.............................................................................. 395
9.2. Концепции ранних сетей (EARLY NETWORKING CONCEPTS)..................................................... 395
9.2.1. Общие сведения.............................„;..ч................................ 395
9.2.2. Ранние информационные магистрали (Early Data
Highways)................................................................................. 398
9.3. Сетевые протоколы (NETWORK PROTOCOLS)........................ 400
9.3.1. Общие сведения.............................. 400
9.3.2. CSMA/CD Protocol (IEEE 802.3).......................................... 401
9.3.3. Протокол доступа к шинам IEEE 802.4 (Token Bus Protocol IEEE 802.4).................................................................... 402
9.3.4. Протокол кольцевого доступа (Token Ring Protocol
(IEEE 802.5))........................................................................... 404
9.4. Слои и модели коммуникаций (COMMUNICATION MODELS
AND LAYERS)................................................................................... 405
9.4.1. Общие сведения................................................................... 405
9.4.2. Протокол автоматизации производства (Manufacturing
Automation Protocol).............................................................. 407
9.4.3. Открытые системы (Open Systems).................................. 409
9.4.4. Шинные коммуникации (Fieldbus)...................................... 410
9.5. Оптоволоконные кабели и сети (FIBER-OPTIC CABLES AND
NETWORKS)..................................................................................... 410
9.5.1. Общие сведения................................................................... 410
9.5.2. Характеристики оптоволокон и кабелей........................... 411
10. Управление периодическим процессом: применение стандарта
S88.01. (BATCH CONTROL: APPLYING THE S88.01 STANDARD)............................................................................................. 418
10.1. Введение........................................................................................ 418
10.2. Определения (Definitions)............................................................ 419
10.3. Способы действия (Recipes)....................................................... 420
10.3.1. Общие сведения.................................................................420
10.3.2. Типы способов действий (Recipe Types)...................... 420
10.3.3. Категории информационных средств (Recipe Information Categories)............................................................. 422
10.4. Категории оборудования (Equipment Entities).......................... 424
10.4.1. Общие сведения.................................................................424
10.4.2. Управление оборудованием (Equipment Control)........ 425
10.4.3. Физическая модель (Physical Model)............................. 425
10.4.4. Подразделение аппаратурных средств (Partitioning
Equipment Entities)............................................................ 427
10.4.5. Связь между моделью процедурного управления,
физической моделью и моделью процесса (Procedural Control Model/Physical Model/Process Model Relationship)..............................................................................429
10.5. Сепарация между алгоритмом рецепта и управлением
оборудования...................................................................................431
10.6. Техника управления и обработки (PROCESS AND CONTROL ENGINEERING).....................................................................432
10.7. Функциональная спецификация систем управления (CONTROL SYSTEM FUNCTIONAL SPECIFICATION)...................... 434
10.8. Выводы........................................................................................... 445
11. Нейросети.............................................................................................................446
11.1. Искусственные нейросети............................... 446
11.2. Историческое развитие..................................................................446
11.3. Классификация искусственных нейросетей...............................448
11.4. Перцептрон обратной передачи многослойной ошибки
(THE MULTILAYER ERROR BACKPROPAGATION)................ 449
11.5. Прикладные классы и типовые архитектуры перцептронов
обратного прохождения многослойной ошибки.........................452
11.5.1. Общие сведения.................................................................452
11.5.2. Распознавание образов (Pattern Recognition)...............453
11.5.3. Интерполяция/Функциональное приближение............455
11.5.4. Параметрическая оценка и системная идентификация....................................................................................... 456
11.5.5. Управляющие прикладные обеспечения (Control Applications)..............................................................................460
11.6. Применение искусственных нейросетей.................................. 464
11.6.1. Виртуальные датчики..................................................... 464
11.6.2. Нейроконтроллеры и оптимизация процессов (Neurocontrollers and Process Optimization)............................467
11.6.3. Другие применения искусственных нейросетей
(Other Artificial Neural Network Applications)......;......... 468
11.7. Выбор инструментария ANN (Selection of.an Artificial Neural
Network TOOL).................................*+*,**£,ZS,:.V.................. 469
11.8. Практические руководства к лостроениюискусственных
нейросетей............................,.<i........................ 470
11.9. Современное состояние и перспективы развития искусственных нейросетей................................................................... 472
11.9.1. Циклические архитектуры NN (Recurrent Network Architectures).............................................. 472
11.9.2. Генетические и эволюционные обучающие алгоритмы (Genetic and Evolutionary Тraining).................... 475
11.9.3. Нечеткая логика/Гибридные системы NN (Fuzzy Log-
ic/Neural Network Methods)..j.. 475
12. Многомерное прогностическое управление и оптимизация реального времени (MULTIVARIABLE PREDICTIVE CONTROL AND REAL-TIME OPTIMIZATION)........................................................ 477
12.1. Что такое многомерное прогностическое управление и оптимизация реального времени?................................................. 477
12.1.1. Общие сведения......................... 477
12.1.2. Базовые концепции вынужденного многомерного
прогнозного управления (СМРС).................................. 479
12.1.3 Основные концепции оптимизации реального времени (RTO - real-time optimization)................................ 482
12.2. Математические основы вынужденного многомерного предиктивного управления и «real-time» оптимизации................ 485
12.2.1. Общие сведения.............................................................. 485
12.2.2. Линейные системы.......................................................... 486
12.2.3. Представления процесса (Process Representations).. 488
12.2.4. Предиктивное управление (Predictive Control)........... 489
12.2.5. Гашение перемещений (Move Suppression)............... 492
12.2.6. Расширение для многомерного случая (Extension to
the Multivariable Case)...................................................... 493
12.2.7. Управление с ограничениями и оптимизация с учётом
экономических показателей (Constraint Handling and Economic Optimization)?#^./^.', з.............................. 494
12.3. Обоснование многомерного предиктивного управления с
ограничениями (СМРС - constrained multivariable predictive control) и оптимизация в реальном времени............................ 501
12.4. Руководства по моделированию процесса для СМРС.......... 502
12.4.1. Общие сведения.............................................................. 502
12.4.2. Моделирование импульсной характеристики (Impulse Response Modeling)................................................ 503
12.4.3. Анализ временных последовательностей (Time Series Analysis)...................................................................... 506
12.4.4. Практические рекомендации по моделированию
процессов (Process Modeling Rules of Thumb).............508
12.5. Многомерный предиктивный ограниченный контроллер. Регулировка и конструктивные особенности................................ 510
12.6. Руководства по оптимизации в реальном времени (real-time
optimization guidelines)................................................................ 511
12.7. Вопросы обслуживания CMP(J и RTO.........................................512
12.8. Дальнейшие направления развития СМРС.............................. 513
13. Совершенствование продвинутых регуляторных систем
управления.............................................................................................................. 515
13.1. Необходимость и проблемы.........................................................515
13.1.1. Общие сведения.............................................................. 515
13.1.2. Причины плохого исполнения....................................... 528
13.1.3. Хорошая практика..............................................................528
13.2. Методика настройки замкнутого контура................................. 537
13.3. Сокращенный метод настройки....................................................539
13.4. Упрощённый метод настройки Дахлина или Ламбды............540
13.5. Практические меры по улучшению исполнения...................... 543
14. Статические преобразователи управления скоростью приводов.......................................................................................................................... 545
14.1. Общие сведения........................................................................... 545
14.2. Полупроводниковые устройства включения............................ 546
14.3. Технология управления приводом................................. 548
14.4. Системы электроприводов постоянного тока.......................... 549
14.5. Выводы по тиристорным приводам постоянного тока...........550
14.6. Приводы переменного тока частотного регулирования.........551
14.7. Приводы переменной скорости с индукционными моторами 551
14.8. Схемы питания: токовые и напряжения. Две основные топологии............................................................................................ 554
14.9. Приводы переменной частоты среднего напряжения (MEDIUM - VOLTAGE VARIABLE FREQUENCY DRIVES)............. 555
14.10. Инвертор с коммутируемой нагрузкой (The LOAD COMMUTATED INVERTOR (LCI))..........................................................557
14.11. Тиристорные приводы с коммутируемым фильтром (FILTER COMMUTATED THYRISTOR DRIVE)................................. 559
14.12. Токовый запираемый инвертор (CURRENT - FED GTO
INVERTOR).......................................................................................561
14.13. Инвертор с фиксированной точкой нейтрали (NEUTRAL -
POINT - CLAMPED INVERTOR).................................................. 562
14.14. Многоуровневый инвертор с последовательными элементами...................................................................................................564
14.15. Циклоконвертор.............................................................................565
Приложение 1. Безопасность в измерительных и управляющих
системах..............................;..................................................... 566
П.1.1. Классификация сред и материалов.................. 566
П.1.2. Техника, применяемая для снижения опасности взрыва.............................. 569
П.1.3. Внутренняя безопасность (Intrinsic safety)....... 575
П.1.4. Основы Техники исполнения (techniques), используемые производителем............................. 578
П.1.5. Сертификация искробезопасной аппаратуры.. 586 П.1.6. Системный дизайн, использующий коммерческую внутрибезопасную и присоединенную
аппаратуру............................................................. 586
П.1.7. Установка внутренне безопасных систем........ 589
П.1.8. Воспламенение от оптических источников...... 590
Список литературы.................................................................................................. 592

Введение

Введение
Современное судно представляет собой сложный технический комплекс с высоким уровнем электрификации и автоматизации управления производственными процессами, базирующимися на таких отраслях техники как механика, электромеханика, гидромеханика, термодинамика, химические и теплохимические процессы и автоматика.
Этим обусловлена широкопрофильность инженерно- технического персонала морских судов, узаконенная Международной конвенцией ПДНВ-78 с поправками в стандартах под названием «Спецификация минимальных требований к компетентности», в которых указан необходимый для выполнения обязанностей объём знаний, умений и навыков по каждой функции.
Сегодня уже можно с уверенностью сказать, что намерения по дальнейшему сокращению судового экипажа за счёт повышения класса автоматизации судна оказались безуспешными. Идеи и проекты создания судов без экипажа, выдвигаемые на международных научно- технических конференциях, не нашли заказчиков, и отошли на даль нюю перспективу. Ключевую роль в этом сыграли, прежде всего, факторы риска в отношении безопасности мореплавания и загрязнения моря и вытекающий отсюда принцип «Больше потеряешь, чем приобретешь!»
Опыт эксплуатации судовых технических средств и особенно электроавтоматики убедил многих судовладельцев, что исходя из указанных выше факторов, гораздо выгодней иметь на борту штатного специалиста - ремонтника, нежели обращаться к сервисным службам, ожидать прибытия специалиста.
Эти вопросы неоднократно выдвигались для обсуждения в Международной морской организации сторонами конвенции ПДНВ с 1995 по 2010 год с предложением о расширении номенклатуры инженерно- юхнического состава машинной команды. В результате 25 июня 2010 юда на Дипломатической конференции в Маниле [Филиппины] были приняты поправки к Конвекции и Кодексу ПДНВ, в которых введены два новых правила III/6, III/7 и два новых раздела A-III/6, A-III/7, определяющие стандарты компетентности дополнительных специалистов машинной команды - электромеханика (III/6, A-III/6) и квалифициро- иянного электрика (Ш/7, A-III/7).
Введены новые компетенции, знания и умения, что вызвано инодрением на современных судах новых технологий, сложного со- променного оборудования, компьютерных и микропроцессорных сис- юм управления и регулирования. В связи с этим возникает острая необходимость в корректировке основных направлений подготовки судо- иых механиков и электромехаников. Главный акцент при этом должен делаться не на подготовку обычных пользователей систем автоматизации разнообразных объектов, а на квалифицированных инженеров с глубокими знаниями принципов настроения и наладки систем автоматики и технологических процессов производства.
Решение этих задач потребует пополнения библиотеки судового механика (элект^оМкайика) надлежащей технической литературой.
Настоящее учебное пособие разработано в помощь судовому и береговому инженерно-техническому персоналу, занимающемуся разработкой, наладкой, вводом в эксплуатацию и модернизацией систем автоматического управления судовыми промышленными комплексами и техничёбкймй средствами.
В книга йрбаПализирован ряд научно-технических статей, в большинстве своем зарубежных авторов, которые отражают современный этап развития систем автоматизации различных объектов. В качестве базового источника была взята книга «Process/industrial instruments and controls handbook» под редакцией Gregory K.McMillan.
Поскольку в настоящие время в качестве базового внешнего (field) элемента управления большинства систем автоматизации применяется контроллер (программируемый, автономный, гидравлический), авторы уделили большое внимание устройству, принципам работы и наладки современных контроллеров. Для того, чтобы читатель мог быстро ориентироваться при поиске необходимой ему информации, в оглавление книги выведены не только названия разделов, но также подразделов и в некоторых случаях даже пунктов подразделов.
Первый раздел посвящён широкому кругу вопросов, связанных с принципами построения и применения контроллеров и их альтернативой. Рассмотрены примеры сетей (информационной, управляющей и аппаратной), на которых могут быть размещены контроллеры. Уделено внимание гидравлическим, автономным одно и двухконтурным контроллерам и их элементам.
Во втором разделе рассмотрен ряд вопросов, относящихся к распределенным системам управления, таких как эволюция систем, Многовыходные станции управления, динамические характеристики пропорционального, дифференциального и интегрального регулирования, особенности аппаратного и программного обеспечения и др.
В третьем разделе «Вычисление и управление» рассмотрены вопросы реализации вычислительных функций при управлении технологическими процессами. Особое внимание уделено применению персональных компьютеров в промышленной автоматике, их быстродействию, сопряжённости и вопросам программного обеспечения.
Управлению цикличными процессами посвящен отдельный, четвёртый раздел, где освещается систематика, цикловой алгоритм и приводятся примеры время последовательностных схем.
В разделе 5 рассмотрены вопросы международной стандартизированной системы сообщений для обмена информацией в реальном времени между сетевыми устройствами или прикладными обеспечениями. Раскрывается ключевая особенность системы, так называемая модель VMD-Virtual Manufacturing Device. Рассмотрены свойства реальных и виртуальных устройств и объектов, особенности программного вызова, объекты переменной и примеры типовых структур Manufacturing message specification (MMS). При рассмотрении модели управления событием раскрываются понятия объекта событийного состояния и событийные действия, а также способы регистрации новых событий, уведомлений и семафоры на право доступа, сервисы семафора и другие объекты MMS.
Центральное место в книге занимает раздел 6, посвящённый основам и методам управления технологическими процессами. При этом с целью наглядности и простоты, принципы управления проанализированы без применения алгебраического описаний, а лЙФЬ на базе графического представления переходных процессов, а также электрических аналогов одно-двух и трёх емкостных систем. На этой же базе рассмотрены передаточные функции эндо и экзотермических процессов, двухпозиционное и пропорциональное регулирование. Приводятся время - температурные диаграммы для «on-off» контроллера и его обратнозависимые передаточные функции. Освещаются передаточные функции и основы ручной и автоматической подстройки разбаланса ПИД-контроллеров, приводится диаграмма определения цремени дифференцирования. Уделено внимание общим задачам подбора и настройки контроллеров.
При освещении методов управления процессами, используемых при анализе и проектировании современных систем управления, при- водятся математические выкладки по представлению передаточных функций и адаптивным методам, которые позволяют успешно спра- иигься с запаздыванием, нелинейностью, наводками, а также неизме- ряемыми возмущениями. В подразделе «Основы алгоритмов управления» рассмотрены проблемы дискретизации выборки для алгоритмов цифрового управления непрерывными процессами. Освещены вопросы масштабирования расчётов с фиксированной и плавающей запя- !ой, а также особенности цифрового интегрирования при управлении. 11редставлен базовый алгоритм управления с расчётом запаздывания, расчётом РID-контроллера, времени нечувствительности т. д.
Седьмой раздел посвящён вопросам обработки различных ти- пов сигналов данных в компьютерных системах, поступающих от термопар, тензодатчиков, резисторных температурных устройств, выключателей и т.п., а также формированию выходных сигналов. Рассмотрен принцип работы различных датчиков и преобразователей, систем аналогового ввода, АЦП, усилителей, способы устранения помех общего вида, мультиплексирование и входная буферизация. Рассмотрены особенности измерения сигналов в форме тока и сигналов низкого уровня напряжения, применение аналоговых развязок и фильтрация выхода.
Некоторые темы относительно помех и развязки кабелей информационных сигналов рассмотрены в разделе 8, а протоколы доступа и модели коммуникаций в разделе 9. Здесь же можно найти сведения по характеристике оптоволокон и кабелей, световые потери, коэффициенты затухания и т. п.
Раздел 10 будет полезен в основном проектировщику систем управления периодическими процессами. Он базируется в основном на стандарте S 88.01, объединяющем американский и международный стандарт «International Society Measurement and Control».
Нельзя было обойти вниманием в этой книге искусственные нейросети, обеспечивающие очень высокую скорость вычислений при применении параллельной аппаратуры, а также применяемые для распознавания образов и адаптивной обработки сигналов. Рассмотрена проблема применения многослойных персептронов, прямое и косвенное использование нейросетей в контроллерах.
Раздел 12 посвящён многомерному прогностическому управлению, и оптимизации реального времени. При этом рассмотрены базовые концепции и математические основы этого управления, а также руководства по моделированию процесса для вынужденного многомерного прогнозного управления (СМРС - constrained multivariable predictive control). Освещены также вопросы обслуживания и дальнейшего развития СМРС.
В разделе 13 рассмотрен ряд вопросов по совершенствованию продвинутых регуляторных систем. Обсуждаются возможности контроллера управлять в зонах нечувствительности для реверсивных сигналов и при нелинейностях исполнительных органов. Приводятся способы оценки зон нечувствительности в контурах и др. Даны характеристики разомкнутого контура для самоорганизующегося, интегрального и резко отклоняющегося процесса. Уделено внимание причинам плохого исполнения и плохой настройки контроллера, а также хорошей практике построения.
Раздел 14 посвящён статическим преобразователям управления скоростью приводов. Приводятся сведения о типовых тиристорах, формирующих современную базу тиристоров, управляемых как на открытие, так и на закрытие сигналом управляющего электрода. Рассмотрены системы электроприводов постоянного и переменного тока, широтно-импульсная модуляция, последовательная автоматическая коммутация, схемы питания, различные схемы инвертирования и приводы с коммутируемым фильтром. Приводятся многоуровневые инверторы и циклоконвертер
В приложении 1 рассмотрены вопросы безопасности в измерительных и управляющих системах.
Данное учебное пособие дает лишь ключевые аспекты основ построения и наладки контроллеров и систем автоматики и не включает в себя азов теории автоматического управления, электроники и цифровых систем управления, поэтому рассчитано, в первую очередь на инженерно-технический персонал, имеющий базовую (не ниже бакалавра) подготовку в области судовой тепло- и электроэнергетики.
Авторы выражают глубокую благодарность профессору, д.т.н. Захарченко В.Н. за ряд его полезных замечаний, сделанных в процессе рецензирования.
Rating: 4.8 / 5 (Votes: 25)
Reply
gruzd ® 11-Jan-2015 00:38
Пожалуйста, кто скачал не забываем, нажимать спасибо.
1
Reply
GOOGLE BOT 11-Jan-2015 00:38
 
zxc 11-Jan-2015 21:08
Спасибо за сканы. Перезалил. Внутри раздачи JPG исходники, PDF и DJVU
Качество PDF у меня получилось не супер конечно. Пришлось уменьшить до 300dpi т.к. разрешение некоторых страниц было разным. Но может кто сделает лучше меня? Исходники внутри.
2
Reply
Similar releases
CD-37 PID CONTROL ПИД УПРАВЛЕНИЕ (Морская Электронная Библиотека ОВИМУ 33-43) - ermo 1956 [2019,…
Navguide: Руководство по навигационному оборудованию - IALA-AISM [2012, PDF]
New Sulzer S20 (Описание | Эксплуатация | Обслуживание | Запасные части) [2000, PDF]
Ship Security Officer (Методические указания) - Кисиль Ю. Г., Волосюк А. А. [2010, PDF]
Автоматизация судов в вопросах и ответах [DOC]
Автоматизированное управление судовыми дизелями - Чеблаков Ю.П. [1980, PDF]
Аккумуляторы - Хрусталев Д.А. [2003, DjVu]
Аттестация и проверка знаний штурмана - Maritime Jobs [DOC]
Выпускные клапаны дизелей - Э.В. Корнилов, П.В. Бойко, Э.И. Голофастов, В.П.Смирнов [2007, PDF]
Главные среднеоборотные дизеля морских судов (конструкция, эксплуатация) - Э.И. Голофастов [2008,…
  • Reply

The time now is: Today 16:20

All times are GMT + 3 Hours