§ 4. Принцип действия системы автоматического регулирования

В дальнейшем рассмотрим только замкнутые САУ по отклонению (системы автоматического регулирования CAP), наиболее распро­страненные при решении практических задач управления в нефтя­ной и газовой промышленности.

Рассмотрим более подробно принцип действия системы автома­тического регулирования на примере системы поддержания постоян­ного давления в сепараторе (рис. 11.4). На вход сепаратора посту­пает газожидкостная смесь в количестве Qсм, которая разделяется на жидкую часть, отбираемую снизу в количестве Qж, и газовую, ухо­дящую сверху сепаратора в количестве Qr. В состоянии равновесия при определенном давлении ρ в сепараторе расходы уравновешены, т. е.Qсм=Qг+Qж. Основным параметром, определяющим характер технологического процесса в сепараторе, является давление ρ. При изменении расходов потоков на входе или выходе сепаратора дав­ление в нем будет изменяться.

Пусть задача заключается в том, чтобы поддерживать давление в сепараторе на определенном значении. Установим на сепараторе измерительный прибор 1 (манометр) с целью контроля давления и орган управления 2 расходом (задвижку) на газовой линии (рис. 11.4,а). Тогда, в случае уменьшения или увеличения давления, можно, наблюдая за показаниями манометра и изменяя проходное сечение органа управления, восстанавливать желаемое значение дав­ления в сепараторе. Получим систему регулирования давления.

Однако, так как наблюдение за давлением и изменение проходного сечения органа управления проводится человеком, такое регулирова­ние называется ручным.

Для получения системы автоматического регулирования функции человека должны быть переданы автоматическому устройст­ву, называемому в этом случае автоматическим регулятором или про­сто регулятором.

Приведем основные понятия и определения, используемые при изучении систем регулирования.

Параметр, который необходимо регулировать в ходе технологи­ческого процесса, называется регулируемым. Значение регули­руемого параметра в любой момент времени называется текущим, а то его значение, которое не­обходимо поддерживать в про­цессе, — заданным. Раз­ность между текущим и задан­ным значением регулируемого параметра называется рассо­гласованием или откло­нением.

О

сновные элементы регуля­тора — чувствительный элемент, который реагирует на изменение регулируемого параметра, элемент срав­нения, который сравнивает текущее значение регулируемого пара­метра с заданным, устанавливаемым с помощью специального устрой­ства, и регулирующий орган, который оказывает непосред­ственное воздействие на процесс.

В нашем примере система автоматического регулирования будет действовать следующим образом. В случае появления возмущающего воздействия, например при увеличении расхода потока смеси на входе (Оси), давление в сепараторе (регулируемый параметр) по­высится. Автоматический регулятор, сравнивая воздействия на мем­брану 1 (элемент сравнения) со стороны давления газа (текущее значение) и со стороны пружины 2 (заданное значение), будет осу­ществлять регулирующее воздействие, увеличивая проходное сечение регулирующего органа 3 и тем самым уменьшая рассогласование. В этой системе мембрана 1 выполняет также функцию чувствитель­ного элемента.

При изучении системы автоматического регулирования принято представлять реально существующие системы в виде так называе­мых функциональных схем.

Функциональной схемой CAP называется такая, в ко­торой каждому функциональному элементу реальной системы соот­ветствует определенное изображение.

Функциональная схема CAP давления в сепараторе показана на рис. 11.5. Выходной величиной системы (Хвых) является основной регулируемый параметр—давление в сепараторе. Параметры, которые могут вызвать отклонение регулируемого параметра от задан­ного значения, показаны как входные.

Основные элементы системы — объект регулирования ОР, чувст­вительный элемент ЧЭ, измеряющий текущее значение регулируе­мого параметра, элемент сравнения ЭС, сравнивающий текущее значение регулируемого параметра с его заданным значением 3, и регулирующий орган РО. осуществляющий регулирующее воздейст­вие.

Последнее осуществляется изменением расхода газа (Qг), при­чем в таком направлении, чтобы уменьшить рассогласование. Следо­вательно, рассмотренная CAP — замкнутая система с отрицательной обратной связью. Чувствительный элемент, элемент сравнения и ре­гулирующий орган образуют в этой системе автоматический регуля­тор АР.