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

К дублированию средств автоматизации прибегают в ответствен­ ных случаях, когда необходимо гарантировать работу контура регулирования, несмотря на возможные отказы приборов. Дубли­

по своей надежности уступают другим приборам, поэтому в от­ ветственных схемах регулирования их целесообразно дублировать. Система регулирования, работа которой не нарушается в случае

с питанием колонны сырьем. Это отношение при нормальной работе

к уменьшению количества жидкости, находящейся па тарелках. Точно так же необходимо ограничить и слишком большую подачу теплоносителя в колонну, поскольку это может привести к режиму захлебывания. Указанные функции выполняет блок ограничения верхнего и нижнего значений регулируемого параметра, введенный в контур регулирования и показанный па схеме.

Защита регулятора от ухода с режима при отключении. При се­ лективной работе в контуре регулирования двух и более регуляторов в момепт работы одного из них остальные отключаются, их контуры регулирования размыкаются. Если такие регуляторы имеют аста­ тическую составляющую, что часто встречается на практике, то прп размыкании контура их необходимо предохранить от ухода с режима. Это можно выполнить, используя выходной сигнал работающего регулятора в качестве общей обратной связи всех остальных регу-

.ляторов. Так как контур регулирования с работающим в дапиый

.момент регулятором замкнут, астатическая составляющая этого регулятора работает нормально. Остальные регуляторы при этом •будут иметь пропорциональную характеристику.

На рис. VI - 19 приведена схема включения регуляторов давле­ ния и расхода, использованных прп регулировании работы ком-

164

прессора (см. рис. V1-15). Автоматическое выключение одного регу­ лятора и включение другого происходит в момент, когда их выход­ ные сигналы равны. Предположим, что в данный момент регулятор

У

Рис. VI-18. Регулирование подачи водяного пара с ограни­ чением верхнего и нижнего значении (БО —блок ограничений).

расхода включен в контур регулирования компрессора и его выход­ ной сигпал меньше, чем выходной сигнал регулятора давления. Тогда выходной сигнал регулятора расхода

лирования наступают моменты одновременного отключения всех регуляторов контура. Для предотвращения этого необходимо сигнал с выхода селективного блока подать в линию общей обратной связи контура регулирования.

165

Отметим, что регулятор, выходной сигнал которого подается

Адаптивные системы регулирования

К адаптивным относятся системы регулирования, в которых параметры настройки автоматически меняются с целью компенса­ ции изменений определенных свойств процесса. Иначе говоря, система «приспосабливается» к изменяющимся требованиям про­ цесса. Построение адаптивной программы должно быть основано на каком-либо критерии. Кроме заданного значения регулируемого параметра, для адаптивных систем нужно зпать еще «объективную функцию» регулируемой переменной, которая п является основой для определения характера требуемой адаптации.

Объективной функцией процесса может служить, например, степень демпфирования регулируемой переменной. В этом случае система будет иметь два контура регулирования, один из которых управляет регулируемой переменной, другой — степенью демпфиро­ вания. Так как последняя определяется динамическим коэффициен­ том передачи контура, такие системы называются динамическими адаптивными спстемамп регулирования.

В качестве объективной функции можно выбрать установившееся значение коэффициента передачи процесса. Система регулирования в этом случае называется установившейся и практически мало отличается от предыдущей.

Адаптивные системы могут различаться i i по механизму введения • адаптации. Если известно, что при изменении параметров настройки, связанных с переменными процесса, изменяются его свойства, то адаптацию называют программной. Однако если необходимо, чтобы

Динамические адаптивные системы. У динамических адаптивных систем объективная функция определяет изменение задания контуру регулирования с целью последовательного приближения регули­ руемой переменной к установившемуся значению. В этом случае объективной функцией регулируемого параметра является динами­ ческий коэффициент передачи контура.

При изменении свойств объекта коэффициент передачи контура может меняться, причем у одних объектов он меняется нелинейно в установившемся состоянии, у других зависит от периода колебаний контура. Однако независимо от действия механизма демпфирования контура можно соответствующей настройкой динамического коэф­ фициента передачи регулятора возвратить динамический коэффи-

166

циент передачи контура к его первоначальному значению. Это оз­ начает, что в первую очередь будет достигнута степень демпфирова­ ния, исключающая возникновение предельных колебаний в контуре.

Выше были рассмотрены примеры объектов с изменяющимся коэффициентом передачи. Как правило, эти изменения компенси­ ровались введением в систему регулирования элементов, обладаю­ щих селективными нелинейными функциями. Например, характе­ ристика регулирующего клапана обычно выбирается с учетом этого условия. Однако такой метод по ряду причин не всегда позволяет скомпенсировать имеющиеся нелинейности контура, так как воз­ можны следующие случаи:

1) источник изменения коэффициента передачи находится вне контура регулирования и, следовательно, не зависит от входных

ивыходных сигналов регулятора;

2)требуемая компенсационная функция зависит от комбинации нескольких переменных;

3)коэффициент передачи объекта с течением времени изменяется. Рассмотрим наиболее простую адаптивную систему — систему

регулирования теплообменника одно емкостного объекта с перемен­ ным временем чистого запаздывания-, изменяющимся обратно про­ порционально расходу (стр. 64). Если в таком контуре регулиро­ вания отсутствует адаптация на возмущающее воздействие, то для компенсации нелинейного изменения расхода используют клапан с логарифмической характеристикой. Такой метод приемлем, но коэффициент передачи контура в этом случае зависит от амплитуды колебаний регулируемой переменной. А так как параметр, влияю­ щий на коэффициент передачи процесса (расход), находится впе контура регулирования, то возникновение погрешности неизбежно.

При программированной же настройке параметров регулятора в зависимости от расхода эту погрешность можно полностью исклю­ чить. Поскольку период колебаний контура регулирования прямо пропорционален времени чистого запаздывания, то время предва­ рения и время изодрома регулятора должны изменяться при регу­ лировании обратно пропорционально расходу. Динамический же коэффициент передачи объекта обратно пропорционален расходу, поэтому изменение диапазона пропорциональности регулятора дол­ жно быть также • обратно пропорционально изменению расхода. Зная это, можно написать алгоритм адаптивной системы регулиро­ вания расхода:

»=^(«-^И+ 7 -1) ( V . . » ,

Здесь символ адаптации / — относительный расход среды, прохо­ дящей через объект, а Р, R и D — оптимальные настроечные пара­ метры регулятора при максимальном расходе. Введя / в скобки, получим:

167

Из этого уравнения следует, что дифференциальная составляющаяне нуждается в адаптации, а интегральную нужно дважды умно­ жить на относительный расход.

На рис. V I - 2 0 приведена схема адаптивного контура регулиро­ вания с ПИД-регулятором расхода и двумя множительными устрой­ ствами, соответствующая уравнению (VI,14). При изменении рас­ хода методом переменного перепада давления можно, умножая величину рассогласования на / 2 (относительный расход), получить большую точность члена, отражающего интегральную составляющую регулятора. Тогда схема контура регулирования должна быть со­ ответствующим образом скорректирована.

г\

Рпс. VI-20. Схема адаптпвпого регулятора расхода.

Самонастраивающиеся регуляторы также предназначены для ре­ гулирования степени демпфирования контура. Такие устройства действуют лпшь при наличии отклонения системы от установивше­ гося состоянпя. При этом в качестве контролируемого сигнала выбирают либо периодические возмущения, наносимые на систему, либо ее собственные колебания. Каждый из этих методов имеет своп недостатки. Недостатком первого является принудительный вывод контура регулирования из установившегося состояния.

При работе же по второму методу текущая величина коэффици­ ента передачи контура регулирования до момента выхода его из установившегося состояния неизвестна. Коэффициент передачи кон­ тура в этом случае может быть определен лишь после нарушения равновесия системы и появления рассогласования: после этого параметры настройки регулятора постепенно начнут меняться, пре­ дотвращая перерегулирование в системе. При этом кривую переход­ ного процесса можно разложить на высокочастотную и низкоча­ стотную составляющие, отношение которых в демпфирующей си­ стеме представляет собой динамический коэффициент передачи замк­ нутого контура регулирования. На рис. V1-21 показана кривая переходного процесса и ее составляющие при изменении нагрузки в контуре регулирования.

Таким образом, при работе по этому методу сначала находят степень демпфирования контура регулирования, а затем опреде­ ляют настройки регулятора. Последнее выполняется аналогично тому, как это производилось в системе регулирования с обратной связью.

168