книги из ГПНТБ / Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов
.pdfProcess-
Control
Systems
Application Design Adjustment
F. G . S H I N S K E Y
Systems Design Engineer, The Foxboro Company
M с G R A W - H I L L |
B O O K |
C O M P A N Y |
||
N e w Y o r k |
S a n F r a n c i s c o |
T o r o n t o |
L o n d o n |
S y d n e y |
Ф. шински
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЧЕСКОГО
РЕГУЛИРОВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Пе р е в од с английского
Л.М. ПОЛОЦКОГО, Г. И. ЛАПШЕНКОВА,
В.И. ХОРШЕВА
Под редакцией проф.
I I . И. ГЕЛЫ1ЕР1ША
М О С К В А И З Д А Т Е Л Ь С Т В О „ Х И М И Я " 1974
,ГОС . ИУ'ВЛ' ;Ч;-;АЯ
УДК 66.01 - 52 : 62 - 54 НАУЧНО-ТЕ1л. ...ЧЕ^-JW* „
Ш 62 |
г БИБЛИОТЕКА С С С ^ _ § |
|
Шпнсга1 Ф. |
|
|
|
|
Спстемы |
автоматического |
регулирования |
хпмпко-тех- |
|
нологдчеекпх |
процессов. |
Пер. с апгл. |
под |
ред. |
Н. И. Гельперпна. М., «Хпшгя», 1974.
336 с ; 8 табл.; 234 рис.; список лптературы 31 ссылка.
В кнпге в сжатой, по доступной форме изложены прин ципы автоматического регулирования техиологических про цессов. Приведены методика выбора, расчет, анализ построе ния систем автоматического регулирования и основные сведе ния по настройке регуляторов. Большое внимание уделено рассмотрению физического смысла явлений. Книга снаб жена рядом конкретных числовых примеров.
Книга рассчитана па спецпалпетов, работающих в обла сти автоматизации химических производств и занима ющихся исследованиями и проектированием систем автома тического регулирования. Использовать ее могут работники служб автоматизации и КИП и технологи, а также препо даватели и студенты вузов.
|
3142-154 |
|
Ш |
050 (01)-74 U b |
6 |
Редактор Р. Е. Миневич |
|
|
|
||
Технический редактор Г. И. Косачева |
|
||||
Художник |
Е. В. Бекетов |
|
|
|
|
Корректоры Р. А- |
Шкиперова, |
Л. |
А. |
Ваншкова |
|
Сдано в наб. 1 6 / V I I |
1973 г. |
Подп. в печ. |
1 9 / X I 1973 г. |
||
Формат бумаги 60 X |
90 1 /,, . |
Бумага тип. Kt 2. |
Усл. печ. л. 21- |
||
Уч.-изд. л. 21,93 . Тираж 6700 экз. Зак. 425. Изд. Лга |
164. |
||||
Цена 2 р. 35 к. |
|
|
|
|
|
Издательство «Химия», 10707С, Москва, Стромынка, 23. Ленинградская типография № 6 «Союзполпграфпрома» при Государственном комитете Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли. 196006, г. Ленинград, Московский пр., 91.
© Перевод на русский язык. Издательство «Химия», 1974
СОДЕРЖАНИЕ
От |
редактора |
автора |
|
|
|
|
|
|
7 |
|||
Из |
предисловия |
|
|
|
|
|
|
8 |
||||
•Осповные |
условные |
|
обозначения |
|
|
|
|
11 |
||||
|
ПОНЯТИЕ |
О РЕГУЛИРОВАНИИ |
С ОБРАТНОЙ |
СВЯЗЬЮ |
|
|||||||
Глава I . Контур регулирования п его свойства |
|
15 |
||||||||||
|
Отрицательная |
обратная |
связь |
|
|
|
|
15 |
||||
|
Запаздывание |
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
||
|
Емкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
29 |
|
|
Совместное влияние запаздывания п емкости на переходный процесс |
44 |
||||||||||
Глава I I . Свойства реальных объектов регулирования |
|
49 |
||||||||||
|
Многоемкостные |
объекты регулирования |
|
|
49 |
|||||||
|
Коэффициент передачи контура регулирования |
|
55 |
|||||||||
|
Определенпе настроечных параметров регуляторов в заводских |
66 |
||||||||||
|
условиях |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Глава I I I . |
Анализ |
типовых |
контуров |
|
регулирования |
'. |
71 |
|||||
|
Регулирование |
расхода |
|
|
|
: |
|
72 |
||||
|
Регулирование давления |
|
|
|
|
75 |
||||||
|
Регулирование уровня жидкости |
|
|
|
|
78 |
||||||
|
Регулирование |
температуры |
|
|
|
|
81 |
|||||
|
Регулирование |
состава |
|
продукта |
|
|
|
|
.86 |
|||
|
|
РАБОТА |
|
РЕГУЛЯТОРОВ |
|
В |
ОДНОКОНТУРНЫХ |
|
||||
|
|
|
|
|
СИСТЕМАХ |
РЕГУЛИРОВАНИЯ |
|
|
||||
ГлаваIV. |
Линейные системы регулирования |
|
94 |
|||||||||
|
Критерии оценки |
качества регулирования |
|
95 |
||||||||
|
ПИ-, ПД- п ПИД-регуляторы |
|
|
регулирований |
97 |
|||||||
|
Импульсные |
системы |
автоматического |
112 |
||||||||
|
Регулирование с использованием цифровых вычислительных машин |
120 |
||||||||||
Глава V. Иелпнейпые элементы -в- системах регулирования |
|
125 |
||||||||||
|
Нелинейные |
элементы в |
замкнутом |
контуре регулирования . . . . |
126 |
|||||||
|
Нелинейные |
элементы |
с |
гистерезисом |
|
- . . |
128 |
|||||
|
Двухпозпцпонные |
регуляторы |
|
|
|
|
131 |
|||||
|
Особенности совместной работы двух регуляторов |
|
136 |
|||||||||
|
Нелинейные |
ПИД- и |
ПИ-регуляторы |
|
|
142 |
5
МНОГОКОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ
Глава VI. Применение многоконтурных систем для повышения качества
|
регулирования |
|
|
|
|
|
|
149 |
||||
Системы |
каскадного |
регулирования |
|
149 |
||||||||
Системы |
регулирования |
соотношения |
|
156 |
||||||||
Системы |
избирательного |
регулирования |
|
162 |
||||||||
Адаптивные |
системы |
регулирования |
|
166 |
||||||||
Глава VII. |
Регулирование |
объектов |
с |
несколькими переменными . . . . |
174 |
|||||||
Выбор |
регулируемых |
параметров |
|
|
175 |
|||||||
Регулирование объектов с двумя параметрами |
связен объекта |
181 |
||||||||||
Компенсация влияния впутреппнх |
перекрестных |
190 |
||||||||||
Глава VIII. |
|
Регулирование-с |
воздействием по возмущению |
195 |
||||||||
Математическая.модель системы регулирования |
|
197 |
||||||||||
Применение |
динамической компенсации |
|
203 |
|||||||||
Комбинированное |
регулирование |
|
|
|
212 |
|||||||
Экономический анализ систем |
регулирования по возмущению . . . |
217 |
||||||||||
РЕГУЛИРОВАНИЕ |
ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ |
ПРОЦЕССОВ |
|
|||||||||
Глава IX. Регулирование процессов передачи энергии . |
223 |
|||||||||||
Процессы |
теплопередачу . . . . |
|
V |
|
223 |
|||||||
Процесс |
|
горения |
. '. |
'. |
|
|
|
|
231 |
|||
Паровые |
котлы |
|
|
|
|
|
|
|
233 |
|||
Насосы н компрессоры.. |
|
|
|
|
|
240 |
||||||
Глава X. |
Регулирование |
химических |
|
реакции |
|
246 |
||||||
Принципы |
управления |
реакторами |
|
246 |
||||||||
Реакторы непрерывного |
действия- |
• |
|
256 |
||||||||
Реакторы периодического действия |
|
267 |
||||||||||
Глава XI. |
Регулирование |
процесса |
ректификации |
|
272 |
|||||||
Факторы, влияющие на качество продуктов разделения |
272 |
|||||||||||
Схемы |
регулирования процесса |
ректификации |
- . |
278 |
||||||||
Применение контуров .регулирования по возмущению |
291 |
|||||||||||
Периодическая ректификация |
|
|
|
|
305 |
|||||||
Глава XII. |
Регулирование |
процессов |
массопередачн |
|
309 |
|||||||
Абсорбция, десорбция и увлажнение |
|
310 |
||||||||||
Выпаривание и кристаллизация |
|
|
|
314 |
||||||||
Экстракция |
и экстрактивная |
ректификация |
|
320 |
||||||||
Сушка |
|
|
|
|
|
|
|
|
л •. • .• |
|
325 |
|
Литература |
|
|
|
• |
|
|
|
|
|
331 |
||
Предметный |
указатель . |
. ' . |
|
|
|
|
332 |
ОТ РЕДАКТОРА
В книге Ф. Шииски «Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов» рассматриваются основы работы и методика построения схем регулирования различных процессов химической технологии. Без применения сложного математического аппарата, но и не упрощая сущности процессов, автор в ясной и до ступной форме анализирует работу разнообразных систем авто матического регулирования, уделяя большое внимание физическому смыслу изучаемых явлений.
Книга удачно построена: в ней рассматриваются сначала эле менты контура регулирования по мере их усложнения, затем ис следуются особенности работы различных систем — линейных, нелинейных, многоконтурных, с несколькими регулируемыми пере менными и других. Далее приводятся типовые химико-технологи ческие процессы и изучается взаимосвязь между отдельными пара метрами в них. Наконец, на основе использования динамических коэффициентов передачи описываемых элементов и систем даются рекомендации по проектированию последних. Следует отметить, что при составлении схем регулирования автор исходит из уравнений материального и теплового балансов объектов и неоднократно под черкивает целесообразность такого подхода, что безусловно пра вильно. Книга снабжена примерами из области химической техно логии. Такое изложение позволяет достаточно широко и полно охватить материал, а также облегчает понимание процессов, происхо дящих в системах автоматического регулирования.
Книга может быть полезна специалистам, занимающимся вопро сами проектирования и эксплуатации систем автоматического регу лирования химико-технологических процессов. При переводе книги были исключены отдельные известные положения, составлен список
условных обозначений |
основных химико-технологических величин |
и элементов контуров |
регулирования. |
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА
Автоматическое регулирование технологических процессов иа различных предприятиях позволяет получить высокую производи тельность при наименьших производственных затратах и высоком качестве продуктов. Однако системы автоматического регулирования оказываются недостаточно эффективными, если они спроектированы только на основании общих положений теории автоматического регулирования. Для наиболее эффективной работы таких систем их необходимо проектировать с учетом особенностей тех конкретных технологических процессов, для которых они предназначены.
Довольно часто системы автоматики, разработанные непосред
ственно иа предприятиях, работают |
вполне |
удовлетворительно. |
Это 'указывает, с одной стороны, на |
то, что |
заводские инженеры |
в состоянии справиться с решением таких задач, а с другой — на то; что успешное проектирование систем автоматики иногда может быть выполнено без применения очень сложного математического аппа
рата. |
Такое положение объясняется |
наличием простых |
правил уста |
новки |
и наладки автоматических |
регуляторов. |
Разработанные |
в 1941 г., эти правила используются и по сей день. |
|
||
В |
настоящее время рядом ученых в различных |
лабораториях |
и университетах созданы более прогрессивные принципы проекти рования систем автоматического регулирования. Однако предлагаемые ими методы обычно не реализуются полиостью, если в разработке систем не участвуют люди, которые должны их эксплуатировать. Проблемы^, связанные с автоматическим регулированием технологиче ских процессов, как правило, возникают на заводе, поэтому должны решаться на самом предприятии. До тех пор, пока проектировщики систем автоматического регулирования и эксплуатационники не бу дут связанымежду собой, их общие проблемы останутся нерешен ными. Несмотря на то, что решение, задач автоматического регули рования возможно математическими методами, эти же задачи при-
8
ближенно могут быть решены путем довольно несложных приемов. Таким образом, уравнения высокого порядка и быстродействующие вычислительные машины целесообразно применять лишь там, где более простыми методами решить задачи не удается.
Некоторое* время тому назад меня попросили прочесть курс лекций по автоматическому регулированию технологических про цессов большой группе инженеров из различных отделов «Фоксборо
компани»: сбыта, планирования, |
исследований, контроля, качества |
и проектного отдела. Если бы |
предмет излагался традиционно, |
с использованием методов операционного исчисления, то мои усилия были бы затрачены напрасно, так как только незначительное число слушателей имело необходимый запас знаний. Поэтому я предпочел излагать материал общей части курса без использования опера ционного исчисления. Позже, при объяснении собственно проблем автоматического регулирования, я был удивлен тем, что некоторые положения, которые трудно усваиваются при их объяснении тради ционными методами, теперь легко усваивались.
Ценность нового подхода обнаружилась сразу. В первую же сессию слушатели смогли объяснить, почему регулируемый контур ведет себя определенным образом, почему он колеблется в опреде ленный период, что ограничивает сглаживание его колебаний. Предмет стал осязаемым и живым для многих слушателей. Интерес был высок, и курс имел несомненный успех. Большой спрос на конспекты прочитанных лекций вызвал появление этой книги.
Я обратил внимание на тот факт, что в предыдущие годы многие процессы, протекающие в контуре регулирования, по-моему, не были достаточно удовлетворительно объяснены. Почему, например, регу лятор расхода должен иметь широкую зону пропорциональности, а регулятор давления — нет? Почему регулирование с введением производной по времени менее эффективно в контуре с чистым за паздыванием, чем в многоемкостном контуре? Почему некоторые химические реакторы не поддаются регулированию? Почему задача регулирования процесса смешения так сложна? Почему некоторые колебания нельзя сгладить? Эти и многие другие вопросы объясняются в этой книге.
Блестяще разработанные общие положения о системах автома тического регулирования, а также математическое описание про цесса регулирования сами по себе никакой ценности не предста вляют. Системы автоматического регулирования должны учитывать свойства технологического процесса с целью обеспечения его
9