Лекція № 1. Електронні системи керування

Підставою для притягнення особи до юридичної відповідальності у цій сфері є порушення законодавства про охорону атмосферного повітря (правопорушення). Залежно від його виду застосовуються адміністративна, кримінальна, цивільно-правова та дисциплінарна відповідальність. Конкретні склади порушень законодавства про охорону атмосферного повітря передбачені відповідними кодексами.

Адміністративна відповідальність у галузі охорони атмосферного повітря регулюється Кодексом України про адміністративні правопорушення. Ним передбачені такі види адміністративних правопорушень у галузі охорони атмосферного повітря: самовільне випалювання сухої рослинності або її залишків (ст. 77^і); порушення порядку здійснення викиду забруднюючих речовин в атмосферу або шкідливого впливу на неї фізичних та біологічних факторів (ст. 78); порушення порядку здійснення діяльності, спрямованої на штучні зміни

стану атмосфери і атмосферних явищ (ст. 78^і); недодержання вимог щодо охорони атмосферного повітря при введенні в експлуатацію і експлуатації підприємств і споруд (ст. 79); недодержання екологічних вимог під час проектування, розміщення, будівництва, реконструкції та прийняття в експлуатацію об'єктів або споруд (ст. 79^і); випуск вексплуатацію транспортних та інших пересувних засобів з перевищенням нормативів вмісту забруднюючих речовин у викидах (ст. 80); експлуатація автотранспортних та інших пересувних засобів з перевищенням нормативів вмісту забруднюючих речовин у викидах (ст. 81); порушення правил складування, зберігання, розміщення, транспортування, утилізації, ліквідації та використання промислових і побутових відходів (ст. 82); порушення правил застосування, зберігання, транспортування, знешкодження, ліквідації та захоронення пестицидів і агрохімікатів, токсичних хімічних речовин та інших препаратів (ст. 83); невиконання вимог екологічної безпеки у процесі впровадження відкриттів, винаходів, корисних моделей, промислових зразків, раціоналізаторських пропозицій, нової техніки, технологій і систем, речовин і матеріалів (ст. 91^і); перевищення лімітів та нормативів використання природних ресурсів (ст. 91²); порушення тиші в громадських місцях (ст. 182); невиконання законних розпоряджень чи приписів посадових осіб органів, які здійснюють державний контроль у галузі охорони навколишнього природного середовища, використання природних ресурсів, радіаційної безпеки або охорону природних ресурсів (ст. 188⁵).

Кримінальна відповідальність передбачена ст. 241 Кримінального кодексу України за забруднення атмосферного повітря. Об'єктом злочинного посягання є суспільні відносини щодо раціонального використання, відновлення, поліпшення і охорони атмосферного повітря як сприятливого середовища існування людини, тваринного і рослинного світу.

Предметом злочину є атмосферне повітря, яке знаходиться у відкритому просторі у межах території України. Забруднення повітря всередині приміщення не може бути кваліфіковане за ст. 241 КК України.

У Кримінальному кодексі України є окремий склад злочину - «порушення вимог законодавства про охорону праці», який може виражатися, зокрема, в недотриманні правил промислової санітарії.

Цивільно-правова відповідальність за порушення атмосфероохоронного законодавства настає за певних умов і підстав. До умов такої відповідальності належать: наявність шкоди; протиправна поведінка особи, яка заподіяла шкоду; причинний зв'язок між протиправною поведінкою такої особи і шкодою, що настала; винна поведінка особи, що заподіяла шкоду

Особи, винні в порушенні законодавства про охорону атмосферного повітря, зобов'язані відшкодувати заподіяну шкоду незалежно від притягнення їх до кримінальної, адміністративної чи дисциплінарної відповідальності.

Відомо, що через забруднення атмосферного повітря може бути заподіяна шкода тваринам, сільськогосподарським посівам, лісам та іншій рослинності, знижена працездатність людей, забруднені водні ресурси та інше. 3 метою визначення розмірів шкоди, яка підлягає стягненню у випадках, коли порушено атмосфероохоронне законодавство, Мінекобезпеки України (зараз - Мінприроди України) 18 травня 1995 р. затвердило Методику розрахунку розмірів відшкодування збитків, які заподіяні державі в результаті наднормативних викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря.

Порядок визначення і стягнення збитків встановлений цивільним і цивільно-процесуальним законодавством. Тому в кожному конкретному випадку вимагається диференційоване застосування спеціального законодавства про порядок визначення шкоди, яка виникла в тій чи іншій сфері діяльності в результаті порушення атмосфероохоронного законодавства. При цьому на практиці часто застосовується сукупність нормативних актів. Щодо визначення збитків спеціальне законодавство застосовується в порядку субсидіарності, тобто додатково до основного.

Лекція № 1. Електронні системи керування

Створення комфортних умов існування, виробництво матеріальних цінностей, своєчасне надання послуг є основою для нормального розвитку суспільства. До недавнього часу для вирішення цих задач в сфері матеріального виробництва працювала більша частина населення. Вдосконалення виробничих потужностей дозволило зменшити участь людей у енергоємних етапах виробництва і повністю автоматизувати його. Досягнення повної автоматизації стало можливим завдяки створенню спеціальних пристроїв, які виконували функції керування і контролю за виробничим процесом. Автоматизація стала можливою завдяки розвитку теорії кібернетичних систем, які працювали за принципом зворотного зв’язку і могли коригувати свою роботу на основі отриманою інформації з навколишнього середовища. Таким чином у результаті автоматизації утворилась принципово нова система виробництва, яка складається з наступних об’єктів:

- виконавчий механізм (об’єкт керування) – устаткування і інструмент, який виконує корисну роботу з перетворення первинної сировини на кінцевий продукт виробництва;

- джерело енергії, яке використовується для живлення виробничих потужностей;

- сировина, яка використовується в процесі виробництва;

- система сенсорів, за допомогою яких здійснюється контроль за процесом виробництва

- система керування, яка організує і контролює процес виробництва.

Структура системи показана на рис. 1.

Рис. 1. Структура виробничої системи

З рис. 1 видно, що для підтримки роботи автоматизованої системи необхідно забезпечити циркуляцію інформації і енергії між її об’єктами.

Автоматизація виробництва призвела до заміщення фізичної робочої сили технологічним обладнанням, тому цей процес супроводжується зростанням виробничих потужностей, що призводить до збільшення споживання енергії. Другим чинником, що зумовлює зростання споживання енергії є розширення виробництва. Зважаючи на це, обсяг споживання енергії перерахований на людину характеризує рівень технічного розвитку і якість життя суспільства. Цей показник у світовому масштабі щорічно збільшується приблизно на 1 %. Однак рівень енергоспоживання в різних країнах світу суттєво відрізняється і не завжди однозначно свідчить про рівень технічного розвитку. Причина такої неоднозначності пояснюється різною енергоємністю виробництва, яка розраховується як відношення між спожитою енергією за рік і ВВП країни. Статистичні дані вказаних показників за 2010 р. для ряду розвинених країн і країн, що розвиваються наведені в табл. 1.

Таблиця 1. Дані про рівень технічного і економічного розвитку деяких країн

В табл. 1 країни розташовані за рівнем ВВП на душу населення. В 3 і 4 колонках наведені дані з енергоємності виробництва і рівня споживання енергії на душу населення. Відношення енергоємності до енергоспоживання дорівнює ВВП на душу населення.

Разом із зростанням споживання енергії поступово зростає частка електроенергії у загальному енергетичному балансі. Це пояснюється збільшенням кількості електронних пристроїв. Динаміка зміни частки електроенергії у енергетичному балансі показана на рис. 2. Разом із зростанням частки електроенергії стали жорсткішими вимоги до підтримки її параметрів на заданому рівні і допустимих втрат при генерації, транспортуванні і перетворенні. При вирішенні цих задач важливу роль відіграють напівпровідникові перетворювачі електроенергії.

Рис. 2. Частка електроенергії у загальному енергобалансі

Перетворювачі електричної енергії як правило є замкненими системами, які складаються з таких ланок: ЗП – задавальний пристрій, який формує еталонний сигнал для його відпрацювання перетворювачем; СЧ – силова частина перетворювача, який виконує функцію підсилення еталонного сигналу і перетворення параметрів електричної енергії; С – сенсор, функція якого полягає у вимірюванні певного параметра електричної енергії для контролю якості електричної енергії; Н – навантаження; СК – система керування, призначена для обробки сигналу з сенсора С і задавального пристрою ЗП і формування сигналів керування перетворювачем. Структура перетворювача показана на рис. 3.

Рис. 3. Структура напівпровідникового перетворювача

Системи перетворювачів електричної енергії розрізняються за принципом перетворення і обробки сигналів в силовій частині перетворювача, навантаженні, сенсорі і системі керування і можуть бути лінійними і нелінійними, неперервними і дискретними. Більшість перетворювачів є нелінійними дискретними системами. До неперервних систем можна віднести лише компенсаційні і феромагнітні перетворювачі. Якщо регулюючий елемент вказаних перетворювачів працює в режимі малого сигналу, то така система є неперервною лінійною, а якщо в режимі великого сигналу – неперервною нелінійною. У переважній більшості інших перетворювачів (керовані випрямлячі, імпульсні перетворювачі, імпульсні регулятори, інвертори, перетворювачі частоти) енергія перетворюється дискретним методом, що зумовлене ключовим режимом роботи напівпровідникових приладів.

Крім силової частини перетворювача на процес обробки інформації впливає структура і принцип роботи системи керування. В загальному випадку система керування складається з наступних функціональних блоків:

- регулятор Р, який описується інтегродиференційним рівнянням і відпрацьовує сигнал помилки u_CП, який формується на основі сигналу задавального пристрою u_ЗП і сигналу з сенсора u_ЗЗ;

- обмежувач діапазону регулювання ОДР, який обмежує діапазон зміни кута керування;

- фазозсувний пристрій ФСП, призначений для формування кута керування u_α. Рівняння, які описують роботу ФСП залежать від виду і роду модуляції;

- розподільник імпульсів РІ розподіляє сигнали керування між фазами перетворювача;

- пристрої синхронізації ПС і узгодження кутів керування УКК забезпечують узгодження роботи системи у часі.

Структура системи керування зображена на рис. 4. Крім вказаних блоків система керування містить пристрої захисту, плавного пуску, повторного запуску і ін.

Рис. 4. Структура системи керування напівпровідниковим перетворювачем

Системи керування класифікуються за такими ознаками.

1. Постійність структури (алгоритму роботи). Системи керування можуть мати постійну або змінну структуру (алгоритм роботи). Системи керування зі змінною структурою адаптують свою структуру в залежності від внутрішніх і зовнішніх факторів для забезпечення найкращого функціонування системи.

2. Кількість каналів. Системи керування можуть бути одно- або багатоканальними.

3. Тип модуляції. В перетворювальній техніці сигнал керування є послідовністю імпульсів, при формуванні яких використовується частотна, широтна або фазова модуляції.

4. Тип регулятора, від якого залежать динамічні властивості системи. Регулятор складається з ланок пропорційного П, інтегрального І і диференційного Д типів. Найчастіше регулятори мають таку комбінацію ланок: П, І, ПІ, ПІД.

5. Тип синхронізації. Синхроімпульси можуть формуватись безпосередньо з напруги мережі u_М або за допомогою генератора з регульованою частотою, що відповідає безпосередній синхронізації і автоналаштуванню частоти відповідно. Безпосередня синхронізація розподіляється на жорстку, коли імпульси синхронізації відповідають конкретним значенням напруги мережі u_М, і інтегральну, коли синхроімпульси формуються на основі інтегрування деякої напруги, при цьому напруга мережі використовується як керуюча.

6. Тип фазозсувного пристрою. За способом формування фазового зсуву розділяються на синхронні і асинхронні, за формою обробки інформації – на цифрові і аналогові, за способом перетворення сигналу при синхронному способі формування фазового зсуву – на розгортаючі і інтегральні.

Розглянемо принципи роботи систем керування на основі системи електроприводу двигуна. Системи керування електроприводом двигуна поділяються на:

1) з проміжним сумуючим підсилювачем;

2) з регулюючим параметром;

3) з підпорядкованим керуванням.

Система з проміжним сумуючим підсилювачем містить один регульований підсилювач РП, на вхід якого подається алгебраїчна сума сигналів з сенсорів С₁-С_К усіх величин У₁-У_К, які регулюються, і задавального пристрою u_З. Таким чином вихідний сигнал підсилювача, який подається на вхід регулятора Р, залежить від декількох величин. Співвідношення між величинами У₁-У_К у сумарному вихідному сигналі задається нелінійними контурами зворотного зв’язку. Структура системи керування з проміжним сумуючим підсилювачем наведена на рис. 5.

Рис. 5. Система керування з проміжним сумуючим підсилювачем

Досягнення необхідних динамічних властивостей системи досягається включенням послідовних і паралельних коректуючих ланцюгів К₁ і К₂ відповідно. За допомогою задавального сигналу u_З встановлюється швидкість і момент двигуна. В коло зворотного зв’язку входить пороговий елемент. Якщо напруга зворотного зв’язку u_ЗЗ(і) менша напруги відсічки u_відс(і) порогового елемента, напруга на її виході постійна і дорівнює u_відс. Зважаючи на те, що незалежне налаштування вихідних параметрів У₁-У_К неможливо, в системі досягається задовільний стан системи в цілому.

В системі керування з регулюючим параметром можливо регулювати значення певного параметра (моменту, швидкості двигуна). Структура системи керування цього типу показана на рис. 6.

Рис. 6. Система керування з регулюючим параметром

Регулювання певного параметра двигуна здійснюється за допомогою логічного-комутаційного пристрою ЛКП. В якості ЛКП найчастіше використовується мікроконтролер, в якому на основі сигналів з сенсорів і сигналів помилки формується сигнал керування, що стабілізує значення певного вихідного параметра. Цей тип системи керування використовується при відомій математичній моделі двигуна.

В системі з підпорядкованим керуванням використовується декілька послідовно включених сумуючих підсилювачів, вихідний сигнал кожного з яких подається на окремий регулятор, рис. 7. Така система керування складається з декількох підпорядкованих один одному контурів керування, побудованих за принципом зворотного зв’язку. Для кожного зовнішнього контуру внутрішній контур являється підпорядкованим і входить до складу об’єкта керування. Параметри системи визначаються передавальними характеристиками кіл зворотного зв’язку W₁, W₂.. W_к. Налаштування системи починається з внутрішнього контуру W₁ і закінчується зовнішнім.

Рис. 7. Система з підпорядкованим керуванням