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

основного регулятора пропорционален перепаду давления, изменя­ ющемуся прямо пропорционально квадрату расхода:

Следовательно, коэффициент передачи контура будет изменяться обратно пропорционально расходу. Однако многие процессы необ­ ходимо регулировать в момент пуска; кроме того, часто необхо­ димо длительно поддерживать в объекте низкие значения расхода, что довольно сложно. Если основной регулятор не переведен на ручное управление, то в контуре регулирования около нулевого значения расхода возпнкну.т незатухающие колебания. Для того, чтобы этого не произошло, целесообразно включить в линию изме­ рения расхода с целью линеаризации вспомогательного контура устройство для извлечения квадратного корня.

Период колебаний контура регулирования расхода обычно ра­ вен нескольким секундам. Поэтому расход в качестве основного параметра в каскадных схемах при регулировании процессов тепло­ обмена пли смешения пе используют.

При регулировании уровня кипящих жидкостей пли конденси­ рующихся паров применяют системы каскадного регулирования с коррекцией по расходу. Б такпх системах период собственных колебаний основного контура больше, чем период колебаний кон­ тура регулирования расхода.

Системы каскадного регулирования температуры используются довольно широко. При проведении химических реакций для полу­ чения высокого качества регулнрованпя выходной сигнал регуля­ тора температуры реактора обычно направляют в камеру задания регулятора температуры хладоагента, т. е. используют схему кас­ кадного регулирования температуры хладоагента по температуре реактора. Интенсивность теплообмена зависит от разности темпе­ ратур реагирующих веществ н хладоагента, поэтому текущее зна­ чение температуры хладоагента влияет на процесс.

На работу системы регулирования влияют нелинейности и фа­ зовые сдвиги вспомогательного контура регулирования. Так как в такой системе диапазон пропорциональности вспомогательного регулятора температуры обычно пе превышает 25%, то действием астатической составляющей этого регулятора можно пренебречь.

Незначительное перерегулирование по температуре хладоагента не оказывает большого влияния на работу системы, поскольку астатическая составляющая всегда действует в основном контуре. Наличие астатической составляющей во вспомогательном контуре лишь несколько уменьшило бы скорость изменения температуры. При регулировании температуры хладоагента в реакторе периоди­ ческого действия астатическая составляющая не используется. Обычно при проектировании систем каскадного регулирования основной задачей является определение соотношения периодов собственных колебаппй основного и вспомогательного контуров

155

регулирования температуры. Если в обоих контурах использован один и тот же метод измерения, то соотношение между периодами собственных колебаний контуров линейно и, следовательно, коэф­ фициент передачи основного контура будет постоянным.

Системы регулирования соотношения

Всистемах регулирования соотношения регулируемым пара­

метром является отношение двух измеряемых переменных X и Y:

Регулирующий клапан в таких системах воздействует па одну

Если Y является регулируемой переменной, то контур регулиро­ вания станет нелинейным, т. е. его коэффициент передачи будет меняться при изменении выходного сигнала регулятора. В описан­ ной системе вычисление соотношения обоих параметров осуще­ ствляется в самом контуре регулирования. Рекомендовать такую систему для использования не следует.

Систему регулирования соотношения можно построить, исполь­ зуя цепь задания. На рис. V I - 6 показан такой контур регулирования.

схемы видно, что одна из переменных является регулируемой ве­ личиной. Другая независимая переменная умножается в блоке соотношения на настроечный коэффициент К, а затем подается

156

в камеру задания, регулятора. В такой системе соотношение пара­ метров вычисляется вне контура регулирования, поэтому ее более целесообразно использовать.

Регулирование соотношения расходов. Системы регулирования соотпошения наиболее часто применяются при регулировании рас­ ходов веществ. Например, для обеспечения нормального хода реакции необходимо поддерживать точное соотношение между вза­ имодействующими реагентами. При этом в определенном соотно­ шении от одного вещества, имеющего независимый расход, могут быть заданы расходы нескольких других веществ, зависящие от изменения расхода первого вещества. Иногда регулирование соот­

блоки соотношения с одного пульта управления, как это показано на рис. VI - 7 . При этом блоки соотношения и пульт управления не находятся в замкнутом контуре регулирования.

Для повышения качества регулирования сигналы на блоки соотношения подаются с выхода автоматического регулятора. Рас­ смотрим пример регулирования температуры химического реак­ тора, работающего с максимальной нагрузкой. На схеме (рнс. VI-8) в качестве основного использован регулятор температуры, выход­ ной сигнал с которого направляется в виде задания на регуляторы расходов веществ, подаваемых в реактор. Блоки соотношения вклю­ чены в ' основной контур регулирования, поэтому коэффициент передачи контура будет меняться с изменением их настроек. Однако если сумму значений настроек блоков сохранить постоянной, коэф­ фициент передачи контура останется неизменным. Таким образом, изменение настройки блока для одного из потоков должно обяза­ тельно компенсироваться соответствующим изменением настройки блока другого потока.

Последнее обычно выполняется с помощью вычислительных устройств, при этом сумму настроечных параметров блоков при­ нимают равной 100%. В этом случае общий расход реагирующих веществ будет поддерживаться на заданном значении основным

157

блока соотношения может быть равен 10; в большинстве случаев он выбирается близким к 1. Это значение является средним на шкале прибора. Так, коэффициент передачи типового блока соотношения изменяется в пределах от 0,3 до 3.

В большинстве расходомеров используется измерение расхода методом переменного перепада давления н, следовательно, выходнон сигнал регулятора будет пропорционален квадрату расхода среды. Тогда

Коэффициент передачи блока сое•тношення в этом случае равен квадрату, величины настройки (и,пп, наоборот, значение настройки блока соответствует квадратному корню из коэффициента передачи блока соотношения).

Автоматическая установка величины соотношения. В рассмотрен­ ных блоках соотношения настройка величины соотношения осу­ ществлялась вручную. Но это можио делать н автоматически, например с помощью обычного множительного устройства, выход­ ной сигнал которого является произведением двух аналоговых сигналов. Коэффициент передачи множительного устройства прямо пропорционален каждому из входов. При пеобходпмостн иметь среднее значение шкалы отношений, равное 1,0, последнюю рас­ считывают на пределы от 0 до 2.

При работе с множительным устройством настройка величины соотношения производится подачей выходного сигнала от основ­ ного регулятора. Применение такой схемы особенно целесообразно, если основная переменная является функцией отношения отдель­ ных материальных потоков, а не суммарного их расхода. В каче­

контурах регулирования расход измеряется дифференциальным ме­ тодом. Коэффициент передачи в контуре каскадного регулирования изменяется обратно пропорционально регулируемому расходу, коэф-

158

Способ неограниченного увеличения величины соотношения. Как было указано, в типовых блоках соотношения величина устанавли­ ваемого соотношения может изменяться в пределах от 0,3 до 3; диапазон настройки множительного устройства 0—2. Однако воз­ можны случаи, когда нужны большие пределы настройки соотно­ шения. Тогда можно использовать одновременно два множительных устройства, каждое из которых работает от одного и того же сигнала.

Суммарные сигналы, соответствующие обоим потокам, в этом случае должны быть линейными.

На рис. VI-10 приведена схема регулирования расходов двух компонентов с независимой установкой суммарного расхода и их

отношения в такой схеме может быть равна бесконечности, при дифференциальном методе измерения расхода необходимое отно­ шение не превышает 4 : 1 , что вполне достаточно для практических целей.

время, характеризует объем прошедшей жидкости.

Для использования величин, характеризуемых дискретными сиг­ налами, были разработаны своп методы регулирования. Так, в си­ стеме регулирования смешения (рис. VI-11) объем среды, протека­ ющей через каждый датчик в единицу времени, непрерывно сравни­ вается с заданным. Ошибка рассогласования подается на регулятор,

159