Файл: Автоматизация переработки каменноугольной смолы..pdf

а) большая длительность, достигающая 185 мин по управ­ ляющему воздействию и 405 мин при возмущении расхо­ дом пековой смолы; б) значительные отклонения регу­ лируемого параметра в процессе регулирования.

Рис. 101. Структурная схема автоматического регулиро­ вания температуры жидкой фазы пека в реакторе рас­ ходом воздуха

Рис. 102. Построение графиков переходных процессов в системе регу­ лирования температуры жидкой фазы расходом воздуха с примене­ нием ПИ-регулятора:

о — частотные характеристики замкнутой системы по управляющему воздейст­ вию; б — то же, системы регулирования относительно возмущающего воздейст­ вия; в — амплитудно-фазовая характеристика замкнутой системы по управляю­ щему воздействию; г — график переходных процессов; / — ступенчатое управ­ ляющее воздействие; 2 — ступенчатое возмущающее воздействие

221

Рассмотренная структурная схема (рис. 101) основа­ на на принципе регулирования по отклонению управля­ емого параметра. В такой схеме регулятор вступает в работу только после появления рассогласования между действительным и заданным значением регулируемой величины. Поэтому нельзя полностью устранить откло­ нение регулируемого параметра, можно только стре­ миться к минимизации этого отклонения.

Как известно [21], ошибку регулирования можно уменьшить, увеличив коэффициент усиления регулятора, так как это позволяет произвести необходимое регули­ рующее воздействие при меньшей величине рассогласо­ вания. Однако увеличение коэффициента усиления в замкнутых системах (системах с воздействием по откло­ нению) неизбежно приводит к ухудшению и даже потере системой устойчивости вследствие того, что регулятор входит в замкнутый «на себя» контур передачи воздей­ ствия. В такой системе увеличение коэффициента пере­ дачи регулятора приводит к тому, что начинают генери­ роваться незатухающие колебания (автоколебания).

Необходимо также отметить, что в системах с воз­ действием по отклонению, имеющих запаздывание, да­ же при сколь угодно больших коэффициентах усиления регулятора нельзя устранить отклонение регулируемой величины. Действительно, при наличии в системе объек­ та, обладающего запаздыванием, воздействие регулятора на переходный процесс после внесения возмущения нач­ нет сказываться лишь после этого времени запаздыва­ ния. Для реакторов технологической цепи этот фактор имеет особо важное значение, так как в них запаздыва­ ние по основному управляемому параметру (качеству производимого пека) колеблется в широких пределах 30—90 мин.

Большой интерес для регулирования процесса в тех­ нологической цепи реактрров представляют системы с воздействием по возмущению. Такие системы являются разомкнутыми. В них отсутствует обратная связь, что позволяет выбирать параметры регулятора, не ограни­ чивая их условиями устойчивости так же, как в замкну­ тых системах. В такой системе передаточную функцию регулятора можно подобрать таким образом, что регу­ лируемая величина совершенно не будет реагировать на возмущение, т. е, будет инвариантна относительно этого возмущения,

222

Принцип инвариантности успешно применяют при разработке многих компенсаторов и стабилизаторов. Од­ нако его использование для реакторов технологической цепи встречает большие затруднения в основном по двум причинам.

1. Для обеспечения инвариантности системы необхо­ димо измерить абсолютно все возмущения, которые мо­ гут действовать иа регулируемый объект, что практиче­ ски невозможно для технологической цепи реакторов вследствие отсутствия соответствующих приборов и больших трудностей самих измерений.

2. Даже для небольшого числа возмущений, которые можно измерить, абсолютной инвариантности трудно достичь, так как, кроме величин возмущений, необходи­ мо измерить их производные. Поскольку все производ­ ные от возмущающих воздействий невозможно измерить, абсолютную инвариантность нельзя обеспечить.

Исходя из этих соображений, для регулирования ре­ акторов применяют^ комбинированную схему, сочетаю­ щую принцип компенсации для основных возмущений, которые можно измерить, с регулированием по отклоне­ нию управляемых параметров

Структурная схема автоматического регулирования технологической цепи, состоящей из трех реакторов, изображена на рис. 103. Как видно из рисунка, в отли­ чие от одноконтурной схемы (рис. 101), кроме основной регулируемой величины, на вход регулятора подаются соответствующим образом преобразованные воздействия по возмущению.

Управление процессом осуществляется регулирова­ нием температуры жидкой фазы в каждом реакторе рас­ ходом воздуха. В последнем реакторе технологической цепи система замкнута по качеству производимого высо­ котемпературного пека.

Компенсация осуществляется по следующим основ­ ным возмущениям: расходам среднетемпературного пе­ ка и пековой смолы, температуре нагрева и качеству по­ ступающего среднетемпературного пека. Хотя расходы исходного сырья и имеют отдельные контуры автомати-

223

ческой стабилизации, но от них все-таки вводятся и сиг­ налы компенсации, так как происходящие при изменени­ ях нагрузки отделения пекоподготовки колебания расхо­ дов являются сильными возмущениями для технологи­ ческого процесса.

Сигнал от каждого возмущающего воздействия пре­ образуется соответствующим регулятором, учитываю­ щим влияние возмущения иа регулируемый параметр. После этого сигналы от всех возмущающих воздействий суммируются и вводятся в контуры регулирования по отклонению управляемого параметра для каждого реак­ тора с соответствующим преобразованием, учитываю­ щим влияние возмущения на данный реактор технологи­ ческой цепи.

Таким образом, в комбинированной системе автома­ тического регулирования воздействие на объект осуще­ ствляется по двум каналам: разомкнутому — с задачей наиболее быстрого воздействия на объект, предваряю­ щего влияние возмущений, но без контроля отклонения регулируемого параметра; замкнутому — для наиболее точного поддерживания регулируемого параметра и контроля его отклонения с использованием обратной связи.

По принципу действия комбинированные системы на­ поминают двухконтуриые схемы с воздействием по от­ клонению (см. схемы регулирования трубчатых печей), в которых вспомогательный регулятор контролирует непо­ средственно величину возмущения. Отличие между

рования, так же как и двухконтурную, рассчитывают в два этапа:

1)определяют оптимальные параметры настройки регуляторов, работающих по отклонению регулируемой величины;

2)определяют оптимальные параметры настройки устройства ввода воздействий по'возмущению.

Анализ структурной схемы показывает, что для уст­ ранения отклонений регулируемого параметра при вне­ сении возмущения передаточная функция устройства ввода воздействия по возмущению должна быть выбрана

из условия, если воздействие подается иа выход регуля­ тора

W i (Р) Ц^об-в (р) ^ о б ( р ) ’

если воздействие по возмущению подается на вход регу­ лятора по отклонению

^об.В (р)

W o (р) =

' Выполнение приведенных условий инвариантности не всегда возможно, так как передаточные функции устрой­ ства ввода воздействия по возмущению, полученные по этим формулам, весьма сложны и технически реализо­ вать их очень трудно. На практике чаще всего стремятся выбирать устройства ввода воздействий по возмущению в виде технически легко реализуемых звеньев, при кото­ рых будет осуществлено наилучшее приближение к ус­ ловиям абсолютной инвариантности. Параметры наст­ ройки регуляторов ввода воздействий по возмущению для технологической цепи реакторов емкостью по 50 м3 каждый приведены в табл. 27.

Параметры настройки регуляторов, корректирую­ щих расходы воздуха в зависимости от суммарного влия­ ния всех возмущений, приведены ниже:

226