Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Автоматическое регулирование. Учебное пособие.pdf
развиваемая измерительным механизмом, называются системами
регулирования прямого действия. Если для приведения в действие
регулирующего органа используется энергия постороннего
источника, то такие САР называются системами регулирования
косвенного действия. В основном в производстве наиболее часто
встречаются САР косвенного действия. Соответственно регуляторы
косвенного действия различаются по виду используемой внешней
энергии на электрические, пневматические и гидравлические. Число
элементов в САР косвенного действия равно числу элементов в САР
прямого действия плюс преобразователи, усилители, сервоприводы.
2.4. САР непрерывного и прерывного действия
В САР непрерывного действия при непрерывном изменении
регулируемого параметра регулирующий орган перемещается
непрерывно.
Непрерывный сигнал в дискретной САР поступает на
аналого-цифровой преобразователь (АЦП), осуществляющий его
дискретизацию и преобразование в цифровой код. Микропроцессор
(МП) производит обработку информации в соответствии с
имеющимся алгоритмом и выдает управляющую цифровую
последовательность в цифроаналоговый преобразователь (ЦАП),
который формирует управляющий аналоговый сигнал, поступающий
на непрерывную часть системы НЧС (рис. 8) [5].
Рис. 8. Функциональная схема дискретной системы управления на базе
микропроцессора [5]
Другой вариант цифровой системы автоматического
управления приведен на рис. 9 [5]. Здесь на ЭВМ возложены
функции дискретного управления: выработка управляющего
воздействия х, сравнение х и у, аналого-цифровое и
цифроаналоговое преобразования, осуществление логических и
вычислительных операций в соответствии с алгоритмом управления
21
и т.д. сигнал на выходе АУ представляет собой управляющую
цифровую последовательность (рис. 9) [5].
Рис. 9. Функциональная схема цифровой системы автоматического
управления на базе ЭВМ [5]
В САР прерывного действия при непрерывном изменении
регулируемого параметра регулирующий орган перемещается
прерывно. Соответственно САР прерывного действия делятся на:
САР импульсные, САР релейные (позиционные).
В импульсных САР при непрерывном изменении
регулируемого параметра регулирующий орган воздействует на
объект отдельными импульсами. Период чередования импульса
задается принудительно.
В релейных САР регулирующий орган воздействует только
тогда, когда непрерывно изменяющаяся регулируемая величина
достигает определенного значения или определенных значений.
Частный случай релейных САР – двухпозиционная САР. Например,
изменение температуры в сауне по времени τ в диапазоне двух
уставок (90, 110 ºС) (рис. 10). В качестве регулирующего органа в
сауне используется контактная пара для включения и выключения
ТЭНа. Регулирующий орган имеет всего два положения - контактная
пара включена и выключена.
САР, в которых в установившихся состояниях существует
однозначная зависимость между уровнем регулируемого параметра и
нагрузкой, называются статическими. Основным свойством
статических САР является поддержание конкретного уровня
параметра в соответствии с нагрузкой.
22
1
10°
90
°
Т
,
С
0
τ
1
10
P
нагрузка
Рис. 10. Изменение температуры в сауне по времени τ
Пусть регулируемой величиной является давление (Р)
водопроводной воды в трубопроводе жилого дома. Давление в такой
системе пусть поддерживается статической САР (рис. 11), т.е.
определенной нагрузке соответствует одно и только одно
определенное значение давления. Нагрузка – потребление воды
домохозяйками.
Рис. 11. Статическая САР
САР, в которых зависимость между уровнем параметра и
нагрузкой многозначна (неоднозначна), называются астатическими.
Астатические САР обеспечивают всегда одно и то же
23
заданное значение регулируемой величины при различных
значениях внешнего воздействия на объект. При этом регулирующий
орган объекта должен занимать различные положения при одном и
том же значении регулируемой величины [5]. Астатическая система
отличается от статической тем, что содержит интегрирующее
Волги. Для этого нужен насос, шланг. А это уже дополнительные
нагрузка
P
1
10
устройство, включенное в прямую цепь регулирования. Таким
устройством обычно служит привод для перемещения
регулирующего органа. Как правило, все астатические САР являются
системами непрямого действия. Это означает, что воздействие на
регулирующий орган формируется не за счет энергии
чувствительного элемента, а через промежуточный усилительный
элемент (электро-, пневмо- или гидропривод) [5].
Пусть регулируемой величиной является давление (Р)
водопроводной воды в трубопроводе жилого дома. Если давление в
такой системе поддерживается астатической САР (рис. 12), то
давление водопроводной воды в трубе будет поддерживаться на
одном и том же уровне независимо от числа домохозяек,
потребляющих в данный момент воду, т.е. независимо от нагрузки.
Разумеется, реализация астатической САР обойдется дороже, чем
статической САР. Например, для поддержания постоянного уровня
поливной воды в общей садоводческой бочке независимо от
нагрузки необходимо своевременно подкачивать в бочку воду из
расходы.
Рис. 12. Астатическая САР
24
2.5. Принципы регулирования
Д
ВП
Хладагент
ИУ
А
Б
Т
зад
σ
ИУ
Хладагент
А
Б
Д
ВП
σ
РЕГУЛЯТОР
РЕГУЛЯТОР
Т
зад
Б
μ
μ
Известны следующие принципы регулирования [3]:
по отклонению (принцип Ползунова-Уатта);
по возмущению (Понселе);
комбинированный (по отклонению и возмущению);
по производной (принцип братьев Сименс).
Рассмотрим первые три принципа регулирования (рис. 13).
По отклонению По возмущению
Рис. 13. Схемы САР по отклонению и возмущению.
Цель реализации этих трех принципов одна и та же –
стабилизировать температуру целевого продукта в точке А на
уровне, например 100ºС. Итак, рассмотрим по порядку.
САР по отклонению. САР замкнутая, потому что
регулируемый параметр – температура целевого продукта в точке А
и регулятор связаны каналом связи. Это САР с так называемой
отрицательной обратной связью, так как выходной сигнал
регулятора компенсирует влияние главного возмущающего
воздействия (изменение температуры в точке Б), т.е. со знаком
«минус» по сравнению с возмущающим воздействием.
Достоинства. Принцип широко распространен, т.к. САР по
отклонению имеет ценное свойство – регулятор воздействует на
25
объект таким образом, чтобы устранить погрешность регулирования
независимо от того, какими возмущающими действиями она
вызвана. Это свойство САР особенно ценно в промышленных
условиях, где число возмущающих воздействий может быть велико.
В нашем случае, помимо главного возмущающего воздействия, т.е.
изменения Т
, могут быть побочные воздействия. Например,
Б
нарушение герметичносоти оболочки теплообменника из-за
ржавчины, т.е. потери хладагента, также из-за наличия осадка солей
на стенках теплообменника – ухудшение теплообмена. Недостаток.
САР инерционна.
САР по возмущению. Здесь расход хладагента автоматически
меняется в зависимости от температуры целевого продукта на его
входе, т.е. в зависимости от величины главного возмущающего
воздействия.
Достоинства. Успеваем среагировать на главное
возмущающее воздействие и скомпенсировать его влияние на
температуру Т
еще до того, как температура в точке А изменилась
А
бы.
Недостаток. Эта САР разомкнута, а именно, отсутствует
связь регулятора с результатом его работы, т.е. с точкой А нет
канала связи (т.е. САР беззащитна перед побочными возмущающими
воздействиями).
Комбинированная САР. В комбинированных САР
используются достоинства предыдущих двух схем. Для компенсации
главного возмущающего воздействия (изменение Т
) используется
Б
САР по возмущению. Для компенсации остальных возмущающих
воздействий берется от САР по отклонению корректирующий
контур, выходной сигнал которого поступает в виде
корректирующего задания основному регулятору, т.е.
корректируется задание Т
.(рис. 14).
Б
26
ИУ
Хладагент
А
Б
Д
ВП
σ
РЕГУЛЯТОР
РЕГУЛЯТОР
σ
ВП
Д
Т
зад
Б
Т
зад
А
кор
кор
μ
μ
Рис. 14. Комбинированный принцип регулирования
27
3. ЭТАПЫ ФОРМИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННОЙ
ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ САР
3.1. 1-й этап. АСУТП - семейство автономных локальных схем
Спецификация к рис. 15. [7]:
6-1 первичный преобразователь ТХА 0515 (мВ);
6-2 нормирующий преобразователь ПТТП 68 (мВ/(0-5)мА);
6-3 выходной преобразователь ЭПП 63 (мА/(0,02 – 0,1)мПА));
6-4 вторичный прибор пневматический ПВ10.1П;
6-5 регулятор пневматический ПР3.21;
6-6 исполнительное устройство мембранное 25ч30нж.
Обобщённый датчик ((6-1) + (6-2) + (6-3)).
Первичный преобразователь (6-1) воспринимает температуру
целевого продукта в точке А. Обобщённый датчик – ((6-1) + (6-2) +
(6-3)) преобразует температуру в унифицированный пневматический
сигнал, который подается в элемент сравнения (ЭС) регулятора (6-5).
Заданное значение температуры целевого продукта (100
0
С) было
введено заранее в регулятор оператором с помощью задатчика. В ЭС
происходит сравнение текущего и заданного значения температуры, в
результате чего вырабатывается сигнал рассогласования, от знака и
величины которого зависит направление и величина перемещения
затвора регулирующего органа. Затем сигнал рассогласования
усиливается. Далее регулирующее воздействие поступает на
исполнительный механизм (сервопривод) исполнительного устройства. Сервопривод представляет собой силовое устройство, которое служит для изменения степени открытия регулирующего органа.
Регулирующий орган (6-6) изменяет количество хладагента. В
результате температура целевого продукта в точке А возвращается к
заданному значению.
Разумеется, набор подобных автономных локальных схем
может использоваться при автоматизации небольших производств.
При автоматизации же больших и сложных технологических
процессов с большим количеством входных и выходных параметров
при последующей их численной обработке и анализе используют
управляющие вычислительные машины (УВМ) (рис. 16).
28
Рис. 15. САР температуры целевого продукта (100 0С) на выходе
из теплообменника Т 1
29
3.2. 2-й этап. АСУТП на базе управляющей вычислительной
машины
Спецификация к рис. 16. [6]:
6-1 первичный преобразователь ТХА 0515 (мВ);
6-2 нормирующий преобразователь НПТЛ 1.И (мВ/(0-5)мА);
6-3 миллиамперметр КСУ-3 (мод.1800) со встроеным пневморег;
6-4 БПДУ ПП12.2 ( байп. панель дист. упр.);
6-5 воздухораспределитель П1ПР.5;
6-6 исполнительное устройство мембранное 25ч30нж;
6-7 манометр;
6-8 преобразователь ЭПП 63 (мА/(0,02 – 0,1)мПА));
6-9 переключатель.
Обобщённый датчик ((6-1) + (6-2)).
Функции систем АСР и АСЗ реализуются управляющей
вычислительной машиной (УВМ). Машинный контур включается
переключателем (6-9). Одновременно подаётся команда на
МВВИС. Встаёт под ток воздухораспределитель (6-5). Сигнал о
текущем значении регулируемого параметра поступает в БН,
который преобразует токовый сигнал в стандартное для данной
УВМ напряжение. УВМ в соответствии с программой сравнивает
текущее значение параметра с заданным, отрабатывает
предусмотренный закон управления, и через преобразователь ПКТ
и преобразователь ЭПП 63 направляет регулирующее воздействие
через воздухораспределитель П1ПР.5 (6-5) к пневмоприводу
регулирующего органа (6-6).
УССБ предназначено для аварийного перевода контуров
регулирования на резервный режим – режим локального
регулирования. Воздухораспределитель П1ПР.5 подключается так,
что при обесточенном электромагнитном приводе
воздухораспределителя работает локальный контур. При управлении
посредством УВМ локальный регулятор не включается, а работает в
дежурном режиме, то есть следит за параметром и вырабатывает
регулирующее воздействие, которое отключено от исполнительного
механизма. Работа в дежурном режиме обеспечивает безударное
переключение с управления от УВМ на режим локального
регулирования при срабатывании УССБ.
30