Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf

рт 100-0,004

Такое большое значение этого произведения объясняется харак­ тером кривой изменения рН: большой коэффициент передачи вблизи заданного значения параметра и малый — в других точках кривой. Однако при уменьшении длины участка трубопровода от реактора до места отбора пробы время запаздывания на этом участке сокра­ тилось до 5 с, а общее время запаздывания снизилось до 30 с. Это привело к уменьшению периода собственных колебаний контура регулирования до 2,1 мин и снижению диапазона пропорциональ­ ности регулятора в 3 Д раза. Затем регулятор был настроен на сгла­ живание колебаний при новых исходных данных. Методика настройки регуляторов с тремя законами регулирования приводится в главе I V .

Последующие наблюдения за работой системы показали, что степень демпфирования контура регулирования возросла, но не­ сколько снизился выходной сигнал регулятора. Коэффициент пере­ дачи контура регулирования, очевидно, уменьшился при снижении нагрузки. Было установлено, что при постоянном перепаде давления на клапане он имеет логарифмическую характеристику. Поэтому коэффициент передачи контура регулирования изменялся прямо пропорционально расходу реагента, т. е. так же, как и коэффициент передачи клапана.

а не перед ним3 . В действительности клапан с такой характеристи­ кой даже ухудшает результаты: коэффициент передачи контура становится не только переменным, но и оказывается большим, чем он был бы при работе эквивалентного клапана с линейной характе­ ристикой.

Коэффициент передачи клапана с логарифмической характери­ стикой равен учетверенному относительному расходу: если послед­ ний выше 0,25, то коэффициент передачи клапана больше единицы. При номинальном расходе, равном 50% от максимальной произ­ водительности клапана с логарифмической характеристикой, его коэффициент передачи в два раза больше, чем клапана с линейной характеристикой. Диапазон пропорциональности регулятора в этом случае также должен быть увеличен вдвое.

Затрата времени на экспериментальное исследование процесса нейтрализации при работе в одном режиме составила всего несколько минут. Тем не менее путем использования известных параметров технологического режима и результатов эксперимента свойства объекта были полностью определены. В результате даны рекоменда­ ции, позволившие улучшить процесс регулирования. Любая другая

70

методика экспериментального исследования свойств объектов регули­ рования потребовала бы значительно больше времени и, возможно, не привела бы к аналогичным результатам.

Г Л А В А III

АНАЛИЗ ТИПОВЫХ КОНТУРОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

Объекты регулирования целесообразно классифицировать с уче­ том специфики работы контуров регулирования. Сначала рассмот­ рим контур регулирования расхода жидкости, у которого и регу­ лирующее воздействие вносится изменением расхода, и регулируе­ мый параметр — расход. Затем познакомимся с объектами, в кото­ рых выходная величина (уровень жидкости, давление газа) пропор­ циональна интегралу от изменения входной величины (расход жидкости или газа). Такие контуры регулирования имеют ряд характерных особенностей: во-первых, они могут не обладать свой­ ством самовыравнпванпя, в отличие от контуроврегулирования расхода жидкости или газа; во-вторых, скорость изменения регули­ руемого параметра таких контуров зависит от разности потоков на входе и выходе. Если один из этих потоков представляет собой нагрузку объекта, то другой можно использовать для внесения регулирующего воздействия в объект. Кроме того, поведение этих объектов в основном определяется емкостными свойствами; время же запаздывания в них очень мало, так как сигнал, вызванный измене­ нием параметра в таких объектах, распространяется со скоростью звука.

Далее рассмотрим объекты, связанные с процессами тепло- и массопереноса. В этих объектах, как правило, регулируются тем­ пература и состав смеси. Регулируемый параметр в данном случае всегда зависит от свойств протекающего вещества, а не только от его расхода. Такие объекты обычно находятся в установившемся состоянии, причем регулируемый параметр у них является функ­ цией отношения нагрузки к величине изменяемого расхода (ось абсцисс на рис. 11-12). Так как датчик системы регулирования обычно устанавливается на трубопроводе на некотором расстоянии от объекта регулирования, то в контурах этой системы преобладает чистое запаздывание, замедляющее реакцию объекта на возмущение

изатрудняющее его регулирование.

Вэтой главе анализируется поведение пяти типовых контуров регулирования: расхода, уровня, давления, температуры и состава смеси. Выводятся уравнения для определения основных динамиче­ ских свойств типовых объектов и описывается их работа в замкну­ тых системах регулирования. Рассматриваются имеющиеся огра­

71

Регулирование расхода

Расход жидкости или газа является как регулируемьш, так и регулирующим параметром, что на первый взгляд упрощает регули­ рование объекта. В действительности дело обстоит иначе. При откры­ тии проходного сечения клапана поток жидкости или газа возрастает, но ответная реакция объекта наступает с некоторым запаздыванием.

Определение постоянной времени объекта. В установившемся потоке скорость жидкости в трубопроводе зависит от перепада давления:

Ы2= с = . 2 г - ^ -

Y

где и — скорость; С — коэффициент расхода; g — ускорение силы тяжести; Ар — перепад давления; у — удельный вес жидкости.

Скорость прямо пропорциональна расходу:

F

где F — расход; А — площадь сечения трубопровода.

Если приложенная сила А Ар превышает гидродинамическое сопротивление трубопровода, то поток начинает перемещаться с ускорением. Запишем уравнение неустановившегося движения жидкости, учитывая, что результирующая сила потока равна массе, умноженной на ускорение:

AF*y . .. du.

72

Чтобы определить постоянную времени объекта, приведем это диф­ ференциальное уравнение к нормальному виду:

пF \1Г) = y~F

Коэффициент при dFJdt представляет собой постоянную времени:

т = ^ 1

Коэффициент расхода С'2 можно заменить его значением из уравнения

=60 м, диаметром 28 мм (Л = 0,00062 м2 ). Расход воды F = 40 л в минуту

собой квадратичной зависимостью. Полученная формула позволяет количественно охарактеризовать динамические свойства объекта при номинальном расходе жидкости и хотя бы качественно определить реакцию объекта на возмущения при других значениях расхода. Как и следовало ожидать, рассчитанная постоянная времени очень

Нахождение настроечных параметров регулятора. На рис. I I I - 1 изображена система автоматического регулирования расхода жид­ кости в трубопроводе 1. Датчик расхода 2 имеет усилитель, обла­ дающий высокими динамическими свойствами, что значительно уменьшает запаздывание в линии 3. Соединительная же линия 5 непосредственно соединяет регулятор 4 с клапаном 6. Динамические свойства соединительных линий определяются временем чистого запаздывания и постоянной времени; величина каждого из этих параметров зависит от длины и диаметра трубопровода.

Поведение клапана было бы аналогично поведению инерционного элемента первого порядка, если бы камера пневматического клапана имела постоянный объем. Однако при изменении давления на клапан объем камеры меняется, ограничивая скорость перемещения штока (рис. II1-2). Последняя зависит от максимальной объемной скорости воздуха, подаваемого в камеру привода клапана. Постоянная времени

73