Файл: Шински Ф. Системы автоматического регулирования химико-технологических процессов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 116
Скачиваний: 0
обычно используется фильтр с запаздыванием порядка 0,1 R. По следнее приводит к сдвигу по фазе регулятора на — 90° в течении
одного |
периода собственных колебаний контура регулирования, |
что с |
точки зрения его устойчивости нежелательно. |
Шаговый оптимизатор применяется при регулировании медленно протекающих процессов. Принцип его работы основан на периоди ческом отыскании оптимального значения регулируемого параметра. При этом используют дискретные величины и > 1 2 . В условиях пре дыдущего примера такая работа может быть описана заменой диф ференциалов их приращениями:
Am |
А с / А г |
(VI.22) |
Am/At |
|
|
Дискретный интервал At в этом случае должен быть достаточно |
||
большим с тем, чтобы регулируемый объект успевал |
возвращаться |
в состояние установившегося равновесия после каждого нзмепения •выходного сигнала регулятора. По истечении At рассчитывается
последнее значение отношения, |
которое сравнивается с Кг: |
||
- |
_ |
Асп |
|
еп— |
Атп |
Л Л |
Выходной сигнал регулятора изменяется ступенчато пропор ционально сигналу рассогласования:
Атп+1=Ксвп
где Кс — коэффициент передачи. |
интегрирования |
Действительная постоянная времени |
|
R = |
(VI.23) |
Остальные параметры работы шаговых оптимизаторов аналогичны параметрам работы регуляторов непрерывного действия. Шаговые оптимизаторы используются в основном при регулировании объек тов, обладающих большим временем чистого запаздывания.
Экстремальный регулятор1 3 снабжен запоминающим устройством, на вход которого проходят только усиливающиеся входные сигналы. Так, напряжение на обкладках конденсатора (рис. VI-25) будет изменяться только в том случае, если потенциал на входе этой цепи станет выше, чем указанное напряжение. В экстремальном регу ляторе знак разности между входными- п выходными сигналами запоминающего устройства определяет направление регулирующего воздействия. При этом выходной сигнал является заданием, вход ной — регулируемой переменной, а нх разность — сигналом рас согласования.
При рассогласовании, равном нулю, регулирующее воздействиестремится увеличить регулируемую величину. С появлением сигнала рассогласования регулируемая переменная уменьшается и регули рующее воздействие начинает действовать в обратном направлении,.
173;
с целью отыскания нового положения экстремума. Это реверсиро вание исполнительного органа происходит . сравнительно долго, поэтому соответствующим образом должна быть настроена задержка реверсивного переключателя.
Исполнительный орган при работе с таким регулятором всегда перемещается с постоянной скоростью вверх и вниз. Последнее
вызвано |
наличием реверсивного |
переключателя. В |
результате |
па |
||||||||
|
|
|
раметр будет совершать |
предельные |
колеба |
|||||||
|
|
|
ния около экстремальной точки. Период |
|||||||||
Or |
|
предельных |
колебаний |
равен времепи |
за |
|||||||
Вход |
•i- |
Выход |
держки, |
т. е. должен быть |
достаточно |
дли |
||||||
тельным, |
чтобы |
процесс |
мог |
вернуться |
||||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|
к исходному состоянию после реверсиро |
|||||||||
Рпс. VI-25. Схема запо |
вания. Другими |
словами, |
параметр |
будет |
||||||||
колебаться с периодом, равным периоду |
||||||||||||
минающего |
устройства |
собственных |
колебаний |
контура |
регулиро |
|||||||
экстремального |
регуля |
вания. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
тора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как и в других саморегулирующихся оптимизаторах, в экстремальном регуляторе также имеется интегрирующее устройство. Следовательно, его
нельзя использовать при регулировании объектов, пе обладающих самовыравниванием.
* * #
Таким образом, качество регулирования систем может быть повышено путем усложнения их структурной схемы, основанного на глубоком анализе свойств объектов регулирования. При недо статочной информации о процессе в некоторых случаях применяют адаптивные системы регулирования.
Г Л А В А VII
РЕГУЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ С НЕСКОЛЬКИМИ ПЕРЕМЕННЬМИ
В предыдущих главах рассматривались системы регулирования с одним регулирующим воздействием и одной регулируемой вели чиной, отклоняющейся от заданного значения под действием воз мущений. Однако регулирование процессов получения или очистки продуктов ие может быть обеспечено с помощью только одного контура. При автоматизации даже отдельных технологических ап паратов или установок требуется регулировать по крайней мере два параметра: производительность аппарата или установки и качество получаемого продукта.
При наличии в объекте двух регулируемых параметров воз никает вопрос о том, каким из регулирующих клапанов должен
174
управляться каждый из этих параметров. Ииогда ответ очевиден, В противном случае для правильного выбора схемы регулирования, необходимо предварительно определить степень взаимодействия вход ных величин объекта с выходными параметрами.
Эффективные схемы регулирования технологического объекта могут быть составлены только на основе анализа конкретных усло вий его работы. В этой главе рассматриваются различные виды регулируемых и регулирующих переменных; приводится методика составления схем регулирования объектов с несколькими входными и выходными параметрами; излагаются способы определения влия ния параметров процесса друг на друга и-методы его компенсации.
Выбор регулируемых параметров
Выбор регулируемых параметров технологического процесса, поддерживаемых на заданных значениях, обычно не труден. Однакоон проводится лишь, после тщательного ознакомления с процессом и его материальным балансом. Прежде чем выбрать регулируемыепараметры и составить схему регулирования, например, ректифи кационной колонны, предварительно необходимо получить ответы па следующие вопросы. Какой из продуктов (дистиллят, кубовый остаток или они оба) должен выводиться из колонны с заданным составом, установленным технологическими нормами? Какие пара метры процесса являются «неуправляемыми», регулирующими и ре гулируемыми? Взаимозависимость каких параметров носит экстре мальный характер и каково экономическое значение отдельных параметров?
Грамотный ответ на эти вопросы невозможен без тщательного изучения конкретного процесса ректификации. Только с учетом технологических особенностей процесса можно составить наиболее эффективную схему регулирования. Ниже рассматриваются неко торые этапы выбора регулируемых параметров технологического процесса.
Степени свободы процесса. Число степеней свободы процесса определяется числом его регулирующих переменных. При этом для регулирования каждого параметра технологического процесса необ ходимо иметь по крайней мере одну регулирующую величину.
Если число регулируемых параметров превышает число регу лирующих величин, то недостающее количество последних выби рают логическим путем из числа регулируемых параметров. Не сколько примеров такого выбора было приведено выше (стр. 163), Если же число регулирующих переменных превышает число регу лируемых параметров, то некоторые из них могут либо не исполь зоваться, либо изменяться по определенной программе для обеспе чения, например, одного из экономических критериев.
Пример V 1 I - 1 . В качестве примера, иллюстрирующего |
первый случай, |
|
рассмотрим процесс получения продукта с заданной концентрацией у вещества |
А |
|
в растворителе В п заданным расходом F в системе смешения, |
приведенной |
на |
175
puc. V I I - 1 . На систему смешения от заводской установки постукает продукт
с |
переменными концентрацией х расходом Fv Заданные значения параметров у |
п |
F должны поддерживаться подачей в систему либо 100%-иого концентрата А |
е расходом F«, лдбо чистого растворителя В.
Если бы концентрация продукта па выходе из системы смешения у была единственным регулируемым параметром, то для регулирования системы было бы достаточно изменять проходное сечение только одного из регулирующих клапанов. По условию же требуется обеспечить регулирование расхода раство ренного продукта А на выходе из системы. Для регулирования этих двух пара метров необходимо воздействовать на расходы концентрата п растворителя одновременно.
По лпнип А па регулятор РР* поступает сигнал, пропорциональный задан ному значению расхода продукта"^ на выходе. Для получения этого сигнала копцентрацпя продукта во входном потоке х умножается па расход Flt а затем получепное произведение суммируется с текущим значением расхода концен трата. Сигнал, пропорцпональиый величине А, для регулятора расхода РРХ является текущим значением регулирующего параметра, а для регулятора расхода РР2 — заданным зпачеипем. Концентрация смеси у устанавливается блоком соотношения, воздействующим через регулятор РР„ на расход раство рителя В. Если расход смесп на выходе равен F, то
Fy = А = Fxx + F„
Прп нормальной работе заводскпх установок расход продукта несколько меньше заданного значения суммарного расхода, устанавливаемого регулятором расхода РРХ. Для уменьшения разности между этпмп расходами регулятор РРХ вводит в систему иекоторое количество концентрата. Для одновременного регу лирования концентрации продукта в потоке на выходе у регулятор расхода добавляет в спстему некоторое количество разбавителя.
Если расход продукта с заводской установки времеппо превысит заданное значение, то подача концентрата в спстему прекращается. Прп этом количество регулирующих переменных процесса п, следовательно, степеней его свободы уменьшается на единицу. Регулирование общего расхода продукта в этом случае отсутствует, а регулпроваппе концентрации продукта на выходе у обеспечивается путем воздействия на регулирующий клапан, установленный па ЛИНИИ подачи растворителя в спстему.
Аналогичная ситуация могла бы встретиться и в случае, когда расход про дукта уменьшился бы так сильно, что клапан па линии подачи концентрата открылся бы полностью.
Следовательно, контуры регулирования составлены так, чтобы в случае •отсутствия в течение некоторого времени возможности изменения расхода кон центрата обеспечивалось регулирование концентрация смесп па выходе, а не общего расхода продукта. Прп необходимости регулпроваппе суммарного рас хода продукта в таких случаях производится вручную.
Пример V I I - 2 . В качестве примера, пллюстрпрующего второй случай, рассмотрим трубчатую печь, в которой температуру регулируют измененном расхода топлива.
Если в качестве топлива используют нефть и газ, то необходимо учитывать их одновременное потреблеппе, так как для регулирования температуры тре буется только одна регулирующая переменная. При составлении схемы регу лирования следует принимать во внимание следующие обстоятельства:
1)расход газа может быть ограничен; в этом случае в качестве регулиру ющей переменной целесообразно выбрать расход нефти;
2)стоимость газа изменяется в зависимости от времени года, превышая' лногда стоимость иефтп;
3)прп значительном потреблеппи тепла в нагревателе пефть является более экономичным топливом.
Типы переменных величин. Все регулирующие величины, воздей ствующие на объект, обычно либо сами являются расходами техно-
Д76
логических продуктов, либо зависят от этих расходов. Исключение возможно лишь в каскадных схемах, предназначенных для регули рования не расхода, а других параметров, поскольку выходной сигнал с регулятора основного контура непосредствеино не воздей ствует на объект. Регулирование объекта осуществляется путем изменения положения плунжера клапана или задвижки либо путем изменения скорости перемещения рабочих органов насосов или компрессоров с целью изменения расхода продукта. Во всех слу чаях для регулирования любого параметра в любом объекте необхо димо изменять расход продукта, который поэтому иногда можно рассматривать одновременно в качестве регулируемой и регулиру ющей переменной. '
X+ Г
+
Исходный
прод.
г,\
Рис. V I I - 1 . Схема |
регулирования состава |
продукта на |
выходе |
смесительной установки. |
л |
Совокупность нерегулируемых переменных представляет собой нагрузку объекта, от величины и характера изменения которой зависят требования, предъявляемые к системе регулирования. На грузка объекта, как и регулирующая переменная, выражается расходом или функцией расхода. В процессах массопередачп на грузкой является массовый расход, в процессе передачи энергии — расход энергии. В контуре регулирования уровня, например, один из потоков жидкости представляет собой регулирующую перемен ную, а алгебраическая сумма всех остальных потоков ^- нагрузку.
Регулирующая переменная должна соответствовать нагрузке, необходимой для поддержания уровня па постоянном значении. При регулировании температуры воздуха в комнате необходимо подводить тепло по мере его рассеивания через окна, двори и т. п. в окружающую среду. Потери тепла зависят от перепада темпера тур внутри и вне комнаты и от других причин. Сумма всех потерь тепла является нагрузкой отопительной системы.
Любое производство проектируют для получения продукта определенного качества. Текущая производственная мощность данного предприятия зависит от его нагрузки, которая определяется по-раз ному: в химическом предприятии — по скорости основной реакции; на нефтеперерабатывающем заводе — по расходу сырой иефтп.
12 Заказ ',25 |
177 |