1.6.Поняття про автоматичні системи регулювання.

План.

1. Загальні відомості.

2. Класифікація по призначенню.

3. Класифікація по принципу регулювання.

По призначенню розрізняють наступні види САР:

1) автоматичної стабілізації;

2) програмного регулювання;

2) що стежать;

3) екстремального регулювання.

У системі автоматичної стабілізації завдання автоматичного регулятора полягає в тому, щоб стабілізувати процес, тобто підтримувати постійне значення регульованої величини в досить вузьких межах, припустимих для експлуатації.

Наприклад, рівень води в барабані котла повинен бути середній (відхилення при його регулюванні ±20 мм). Це необхідно для втримання максимальної площі випару (дзеркала випару) і для безпечної роботи котла, тому що у випадку відмови регулятора досить 3- 4-х хв. до спуска води з барабана або його переживлення.

У системах програмного регулювання регульована величина підтримується на значенні, що змінюється за заданим законом (по програмі) залежно від часу. Приклад: системи, що автоматично зменшують температуру теплоносія, що подається на опалення будинків у нічний період.

Система регулювання, що стежить, підтримує регульовану величину в заданих значеннях, що змінюються під впливом процесів поза розглянутою системою й заздалегідь невідомих. Завдання системи регулювання в цьому випадку полягають у тому, щоб зміни регульованої величини стежили за змінами іншого параметра. Наприклад, регульована температура теплоносія, що подається в систему опалення будинків, залежить від коливань температури зовнішнього повітря.

У системі екстремального регулювання регулятор підтримує оптимальне для умов, що змінюються, значення регульованої величини. Прикладом екстремального (від «екстремум», що поєднує поняття «максимум» і «мінімум») регулювання є котел, де кожній витраті палива відповідає деяке певне значення витрати повітря, при якому температура в топковому просторі буде максимальною. Якщо зменшити кількість повітря, що подається в топку котла, у порівнянні з оптимальним значенням, то температура понизиться через збільшення недопалу палива. Збільшення витрати повітря також викликає зниження температури. Система екстремального регулювання підтримує такі значення витрати повітря, при яких значення температури при даній подачі палива є максимальним.

Якщо як регульований параметр прийняти ККД котла, то завдання екстремального регулятора полягало б у забезпеченні максимальної економічності процесу горіння (тобто найвище значення ККД.) за допомогою відповідного керування величиною витрати палива й повітря.

За принципом дії розрізняють наступні види САР:

а) із впливом по відхиленню регульованого параметра;

б) із впливом по збурюванню - принцип компенсації;

в) комбіновані.

Принцип керування по відхиленню полягає в підтримці регульованої величини на заданому рівні по величині відхилення , тобто безпосередній зв'язок зі збурюваннями, що діють на об'єкт, відсутній. Цей принцип керування (принцип зворотних зв'язків) запропонований І. І. Ползуновым в 1766 р. і Джеймсом Уаттом в 1784 р. Достоїнством системи є вагова точність, тому що відбувається безперервне порівняння вихідної величини із вхідний. Недоліками системи є, по-перше, можливість виникнення автоколивань, тому що система замкнута; по-друге, її швидкодія нижче, ніж САР по збурюванню, тому що регулювання здійснюється по наслідку. Ці системи знаходять широке застосування в техніку вентиляції й кондиціювання повітря.

Утруднення при використанні САР по відхиленню в котельних установках виникають у зв'язку з тим, що в системі опалення існують значні транспортні запізнювання й недостатня швидкодія регулятора викликає істотні порушення температурного режиму опалювальних приміщень. Крім того, звичайно одна котельня опалює велику кількість приміщень із різним регульованим температурним режимом. Також неоднаково на різні приміщення впливають впливи, що обурюють. Тому діапазон значень температури повітря в різних приміщеннях набагато перевищує припустиму точність регулювання.

По зазначених причинах область застосування САР по відхиленню обмежується невеликими системами, де між опалювальними приміщеннями існує певний тепловий зв'язок, а величина транспортного запізнювання незначна. Цей метод, як вказувалося, ефективний для опалювальних агрегатів, розташованих, наприклад, у суспільних будинках, у яких на зміни температурного режиму визначальний вплив роблять внутрішні виділення тепла.

САР по збурюванню. Такі системи називають системами за принципом Понселе - Чиколева. Вихідна величина змінюється під дією сили, що обурює , що впливає на об'єкт регулювання (ОР). З метою компенсації зміни регульованої величини вплив, що обурює, подається на регулюючий пристрій (РУ).Останній виробляє керуючий вплив , що прикладається до об'єкта регулювання таким чином, щоб компенсувати зміна регульованої величини .

Достоїнством САР по збурюванню є швидкодія, тому що регулювання здійснюється безпосередньо через викликану зміну параметра. До недоліків варто віднести те, що не всяке збурювання можна виміряти, а також розімкнутий характер системи, тобто вихідна величина не рівняється із вхідною величиною.

Існуючі системи автоматичного регулювання опалювальних котелень віднесених до систем регулювання по збурюванню - коливанню температури зовнішнього повітря. Застосування даного методу стає можливим тому, що об'єкт регулювання (опалювальне приміщення) має досить виражене самовирівнювання регульованого параметра - температури внутрішнього повітря. Точність САР по збурюванню підвищується при застосуванні негативного зворотного зв'язка, здійснюваної по регулюючому впливі - температурі гарячої води на виході котельні. Датчик гарячої води забезпечує також підтримка опалювального графіка при зміні числа працюючих казанів. Додатковий котел включається при певнім зниженні температури зовнішнього повітря, коли теплопродуктивність працюючих котлів не покриває зрослих тепловтрат.

Метод автоматичного регулювання по збурюванню є найбільш прийнятним для котелень, що палюють середні й великі будинки, групи будинків і райони міської забудови. За кордоном цей метод застосовують у своїх системах фірми "Siemens", "Sauter" і ін.

Комбіновані САР. Цим системам властиві достоїнства перших двох систем, а саме висока точність і швидкодія. Однак складність апаратурного виконання, зокрема відсутність надійних датчиків і регуляторів, поки не дозволяє застосовувати цей метод у котельних установках. У системах кондиціювання повітря комбіновані САР знаходять застосування при регулюванні тиску повітря (регулятори прямої дії).

Сучасний розвиток теорії й практики регулювання процесів на багатьох, у тому числі й на теплотехнічних, об'єктах показало недостатність викладених принципів керування, а отже, необхідність більше зроблених систем регулювання. До таких нових принципів ставляться принцип автоматичного пошуку й принцип регулювання за екстремальним значенням. На основі цих принципів будуються так звані самонастроювальні системи автоматичного регулювання. Такі системи містять обчислювальний пристрій, що аналізує процес керування й або змінює структуру системи, або автоматично безупинно змінює установку регулятора так, щоб в обох випадках

забезпечити найкраще протікання процесу регулювання.

Розділ 2 Технічні засоби автоматизації теплових процесів.