Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические процессы автоматизированных производств. Учебное пособие
.pdf
чение коэффициента усиления регулятора может привести к потере устойчиво-
сти системы.
Отсутствие статической ошибки обеспечивает интегральный закон или
И-закон:
онможетбытьзаписантак
Скорость изменения регулирующего воздействия пропорциональна
ошибке, значит равновесный режим возможен только при х = 0. Система становится астатической.
В этом главное достоинство И-закона. Недостаток его состоит, как правило, в плохих показателях качества переходного процесса (малое быстродействие, большие перерегулирование и колебательность).
Достоинства двух рассмотренных законов (астатизм и хорошие показатели качества переходного процесса) совмещает пропорционально-интегральный
закон или ПИ-закон:
,
где k
,
– параметры настройки регулятора.
1
В случае ПИ-закона качество переходных процессов лучше, чем в случае
И-закона, но несколько хуже, чем при П-законе. Зато отсутствует статическая
ошибка.
Если при использовании ПИ-закона с помощью параметров настройки
k
,
не удается добиться малой колебательности процесса, можно применить
1
пропорциально-интегрально-дифференциальный закон или ПИД-закон.
,
где
z =
– коэффициент настройки воздействия по производной от сигнала рас-
согласования. Наличие этого воздействия способствует демпфированию колебаний.
На практике при регулировании технологических параметров в текстиль-
ной и легкой промышленности наиболее распространен ПИ-закон.
Рассмотрим теперь позиционные регуляторы.
В таких регуляторах непременно присутствует звено, в котором непрерывному изменению входной координаты соответствует скачкообразное изменение выходной координаты, происходящее при некотором значении или зна-
чениях входной координаты.
Основным вариантом позиционных регуляторов являются двухпозицион-
ные регуляторы. Существуют и трехпозиционные регуляторы, которые рассматривать не будем, так как они используются значительно реже.
41
У двухпозиционных регуляторов регулирующее воздействие имеет два
фиксированных значения, и переход с одного на другое происходит скачком
при некотором значении (или значениях) регулирующей величины.
Технологическая схема системы двухпозиционного регулирования уров-
ня жидкости приведена на рис. 49.
Рис. 49. Система двухпозиционного регулирования уровня жидкости
Объект регулирования – емкость.
Регулируемая величина – уровень Н.
Возмущающее воздействие – расход жидкости на стоке
Регулирующее воздействие – расход жидкости на притоке
Электродный датчик установлен на заданный уровень
потр
.
под
.
Датчик включен в электрический контур с источником питания ИП и ка-
тушкой реле К. Предполагается, что жидкость электропроводная, что не снижает общности примера, так как практически все технические жидкости таковы
(даже чистая вода).
ЭК – электромагнитный клапан, управляемый нормально-замкнутым контактом реле К.
Для обеспечения работоспособности системы должны выполняться усло-
вия:
1)
под
2)
под
Система работает так. Если Н < Н
>
потр
потр
, то цепь питания реле К разомкнута
зад
воздушным промежутком между жидкостью и датчиком, реле выключено, его
контакт замкнут, электромагнитный клапан открыт, идет подача, уровень по-
вышается.
Как только жидкость коснется электрода, цепь питания реле К замкнется
через жидкость, реле сработает, его контакт разомкнется, ЭК – закроется пода-
42
ча жидкости прекратится, уровень понижается, реле отпускает и система воз-
вращается к предыдущему состоянию.
Статическая характеристика регулятора приведена на рис. 50.
Рис. 50. Статическая характеристика двухпозиционного регулятора
Процесс регулирования характеризуется частыми закрытиями и открыти-
ями электромагнитного клапана, приводящими к так называемому автоколеба-
тельному режиму – бесконечными колебаниями уровня с неизменной амплитудой и частотой (рис. 51).
Как видим, точность поддержания уровня высокая, но при этом надежность системы оказывается низкой из-за частых срабатываний и отпусканий реле и клапана. Такой режим они вряд ли выдержат долго.
Рис. 51. Процесс двухпозиционного регулирования уровня жидкости
Учтем теперь запаздывание в системе, вызванное суммарным временем
срабатывания τ реле и клапана.
Уравнение динамики объекта имеет вид
S
под
где S – площадь поперечного сечения емкости.
потр
,
43
Обозначив
ния уровня:
под
, запишем выражение для скорости измене-
потр
Вернемся к статической характеристике регулятора, показав на ней
и обозначив соотношения подачи и потребления и
Рис. 52. Статическая характеристика регулятора с дополнительными
обозначениями
Процесс регулирования с учетом запаздывания τ показан на рис. 53.
(рис. 52).
потр
Рис. 53. Процесс регулирования с учетом запаздывания τ
Оценим амплитуду и период автоколебаний, исходя из уравнения дина-
ми-ки объекта и статической характеристики регулятора.
44
ПериодавтоколебанийТк
Амплитуда автоколебаний равна (
Симметричные относительно заданного уровня автоколебания будут по-
лучены, если
под
вдвое больше
потр
.
Поскольку реальное запаздывание, вызванное временем срабатывания
реле и клапана, невелико (порядка долей секунды), амплитуда автоколебаний
будет малой, а частота большой, что практически не улучшит условий надежности системы.
Более удачным в этом смысле вариантом является система с двумя датчиками уровня (рис. 54).
Рис. 54. Усовершенствованная система двухпозиционного регулирования
Два электродных датчика установлены на заданные уровни Н1 и Н0. Последовательно с ними включены катушки реле К1 и К2. Их нормально-
разомкнутые контакты включены в цепь питания катушки реле К3, один контакт которого (К3.1) шунтирует контакт К2, а другой (К3.2) управляет электро-
магнитным клапаном ЭК.
Система работает следующим образом:
Если Н < H0, то реле K1, K2 выключены, значит, выключено реле К3 и
клапан ЭК открыт.
Если Н1 > Н > Н0, то реле К1 включено, его контакт замкнут, но реле К3
выключено, так как разомкнут контакт К2, клапан ЭК открыт.
Если Н > Н1, то реле К1, К2 включены, значит, включено реле К3, контакт К3.1 замкнут, К3.2 разомкнут, клапан ЭК закрыт, уровень понижается, но
клапан остается закрытым, так как разомкнутый контакт К2 шунтирован за-
45
мкнутым контактом К3.1. Клапан ЭК откроется, когда уровень Н станет меньше
Н0.
Статическая характеристика такого регулятора (с зоной возврата или зоной неоднозначности Н1 – Н0) приведена на рис. 55.
Рис. 55. Статическая характеристика регулятора с зоной возврата
или зоной неоднозначности
Процесс регулирования в такой схеме будет выглядеть, как показано на
рис. 56 без учета запаздывания регулятора.
Рис. 56. Процесс регулирования в усовершенствованной системе
Воздействовать на частоту автоколебаний можно изменением ширины
зоны возврата, но при этом меняется и их амплитуда.
12. Технологические процессы автоматизированных производств
Рассмотрев основные методы и средства автоматизации технологических
процессов, обратимся теперь к самим технологическим процессам, относящимся к различным производствам текстильной и легкой промышленности. Пока-
жем подходы к автоматизации некоторых из них.
Оговоримся сразу, что последующее описание технологических процес-
сов не претендует на глубину и детальность (для этого есть специальная лите-
ратура).
46
12.1. Приготовительно-прядильное производство
Оно включает следующие переходы: разрыхлительный, трёпальный, че-
сальный, ленточный, ровничный.
В хлопкопрядении на разрыхлительном переходе хлопковое волокно из-
влекается из спрессованных кип. Схема разрыхлительного агрегата приведена
на рис. 57.
Кипы хлопка 2 устанавливаются в контейнер 1, перемещаемый возвратно-поступательно транспортерами 5. Решетки 3 предотвращают провисание
хлопка, а вращающиеся колковые барабанчики 4 извлекают волокна хлопка и
сбрасывают их на транспортер 6. Последний подает разрыхленный хлопок к
приемнику пневмотранспорта 7, направляющего хлопок в бункера трепальных
машин.
Рис. 57. Схема разрыхлительного агрегата
Задачей автоматизации этого агрегата является обеспечение возвратнопоступательного движения контейнера 1. Для этого используется схема управления электроприводом транспортеров 5, приведенная на рис. 58.
47
Рис. 58. Схема управления реверсивным электроприводом
Выключатель S0 подает питание на трехфазный асинхронный электродвигатель М. Две фазы обеспечивают питание двух схем пуска двигателя. Реле
К1 своими контактами К1.1, К1.2, К1.3 включает двигатель «вперед», а реле К2
своими контактами К2.1, К2.2, К2.3 включает двигатель «назад». Кнопки
«Пуск» S1, S3, кнопки «Стоп» S2, S4. Первоначально двигатель может быть за-
пущен в любую сторону, но срабатывание соответствующего реле (например
К1) сразу исключает возможность запуска двигателя в другую сторону размы-
канием блокировочного контакта (К1.5), предотвращая короткое замыкание в
цепях питания двигателя. Когда контейнер 1, двигаясь «вперед», доходит до
крайнего положения, он нажимает технологические контакты (в нашем приме-
ре S5.1 размыкается, а S5.2 замыкается). При этом реле К1 отпускает, замыкается его контакт К1.5, а контакт S5.2 включает реле К2, запуская двигатель в другую сторону. Контейнер движется «назад». При достижении другого крайнего
положения контейнера 1 происходит нажатие технологических контактов S6.1
и S6.2. Реле К2 отпускает, а К1 срабатывает. Контейнер вновь движется «впе-
ред». Кнопки «Стоп» позволяют остановить контейнер в любой момент.
В шерстопрядении шерсть поступает на предприятие в мешках, поверга-
ется ручной сортировке, затем моется па проходных барках и подается в су-
шильный агрегат (рис. 59). Промытая шерсть из барки 1 поступает на сетчатый
транспортер 2, приводимый двигателем М. Сушка производится горячим воздухом, нагнетаемым вентиляторами 5. Контроль влажности шерсти вблизи вы-
48
хода агрегата осуществляется радиоактивными датчиками, включающими излучатели 3 и приемники излучения 4. Принцип действия датчиков основан на
зависимости поглощения радиоактивного излучения слоем шерсти от ее влаж-
ности. Приемники 4 подключены к блоку преобразования и индикации (БПИ).
Последний подает сигнал о текущей влажности шерсти в блок управления (БУ).
Последний формирует управляющее воздействие: при переувлажненной шерсти БУ останавливает двигатель М транспортера на время от 3 до 10 минут (в
зависимости от типа шерсти и ее текущей влажности). При пересушенной шерсти БУ выключает часть вентиляторов, пока влажность шерсти не нормализует-
ся. Высушенная шерсть поступает в приемник пневмотранспорта 6.
На трепальном переходе происходит отчистка волокна от сорных примесей и дальнейшее разрыхление. Здесь актуально решение задачи регулирования
уровня волокна в бункерах с использованием фотоэлектрических датчиков.
Рис. 59. Агрегат сушки шерсти
Чесальный переход предназначен для ориентации волокон вдоль форми-
руемого холста и разделения его на ленты. Важной задачей является стабилиза-
ция толщины холста, которая может измеряться педальным датчиком (рис. 60).
Холст по ширине «прощупывается» несколькими педалями. Система шарниров
осредняет перемещение отдельных педалей и формирует воздействие на регу-
лятор, подающий волокно на прочес.
49
Рис. 60. Педальный датчик толщины холста
Ленточный переход призван обеспечить необходимую степень ровноты
волокнистого материала (ленты) до поступления его на прядильный переход.
Это осуществляется сложением нескольких лент (обычно 6 – 8), полученных с
чесального перехода, и вытягиванием их до толщины одной ленты. Таких опе-
раций (переходов) может быть несколько. При этом обеспечивается параллелизация волокон вдоль ленты. Один из вариантов автоматизации ленточной машины показан на рис. 61.
Рис. 61. Схема автоматизации ленточной машины
Вытягивание ленты происходит между подающими цилиндрами (ПЦ) и
вытяжными цилиндрами (ВЦ). Последние вращаются быстрее первых, приво-
димых двигателем М. Разность их скоростей определят степень вытягивания,
которая должна зависеть от толщины сложенной ленты на входе в зону вытяги-
вания. Эта толщина измеряется датчиком ровноты (ДР), подвижный диск которого воздействует на узел запоминания 2, представляющий собой вращающий-
ся согласованно с (ПЦ) цилиндром, по образующим которого расположены
стальные пальцы 3. Датчик ровноты смещает их сдвигающей планкой 1 вдоль
цилиндра в зависимости от текущей толщины ленты. Считывающая планка 4 в
зависимости от положения пальцев сдвигает рычажной системой 6 ремень 7 на
коноидной передаче 8. Стирающая планка 5 возвращает пальцы в исходное положение. При смещении ремня 7 вверх скорость ВЦ увеличивается. Узел запо-
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]