Файл: Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 111
Скачиваний: 0
АВТОМАТИЧЕСКОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ И РЕГУЛЯТОРЫ
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
И. Б. ГИНЗБУРГ
АВТОМАТИЧЕСКОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ
ИРЕГУЛЯТОРЫ
ВПРОМЫШЛЕННОСТИ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
Допущено Министерством промышленности строительных материалов СССР
в качестве учебника для техникумов промышленности строительных материалов
ЛЕНИНГРАД |
|
|
|
СТРОЙИЗДАТ. ЛЕНИНГР■АДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ |
»1Г |
| |
|
1974 |
П?окгрольни« I |
||
. |
|
|
|
|
1 |
г а г? «г т> |
I |
У Д К 62-523:62-53+ 62-55/.6Э1.002(075)
Научный редактор Л. Б. Ямницкий
4 * |
Гсо |
Г. 6/ ц і ч ,..-^1 |
|
||
|
0 -о |
екя? |
|
^ Г ; £ ь Ж г о а , Лл |
|
|
У ѵ - |
/ 7 3 1 // |
Гинзбург И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышлен ности строительных материалов. Учебник для техникумов. Л., Стройиздат (Ленингр. отд-ние), 1974. 224 с. с ил.
В книге рассматриваются элементы теории автоматического регулирова ния, характеристики систем и объектов регулирования, приводятся схемы ав томатических регуляторов, преобразователей, вторичных приборов и исполни тельных механизмов. Сообщаются сведения об использующихся в промышлен ности строительных материалов средствах вычислительной техники и автома тизированных системах управления.
Значительное место уделяется вопросам настройки электрических регуля торов и систем автоматического регулирования, а также эксплуатации систем. Дается общее представление об экономической эффективности при внедрении средств автоматизации на предприятиях.
Книга является учебником для учащихся техникумов по специальности «Эксплуатация автоматических устройств в промышленности строительных ма териалов».
|
Табл. 5, рис. 123, список лит.: 28 назв. |
Г |
.5 7 -7 4 |
|
047(01 ) - 7 4 |
© |
Стройиздат. Ленинградское отделение, 1974. |
Р А З Д Е Л П Е Р В ЫЙ
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Глава I. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
В промышленности строительных материалов задачей авто матического регулирования является поддержание заданных значений определенных величин (параметров) технологического процесса — температуры, расхода, давления и т. п. или измене ние их по определенному закону. Эту роль выполняют автома тические регуляторы. Автоматическое регулирование произво дится без непосредственного участия человека (оператора). В ряде случаев за оператором сохраняется возможность изме нять уставки (задания) автоматическим регуляторам в связи с возникающей в процессе управления необходимостью.
Производственная установка, в которой протекает технологи ческий процесс, подлежащий регулированию, называется о б ъ е к т о м р е г у л и р о в а н и я .
А в т о м а т и ч е с к и й р е г у л я т о р обеспечивает регулиро вание значения какой-либо физической величины в объекте и присоединяется к выходу объекта, воздействуя на его вход.
Совокупность объекта с автоматическим регулятором состав ляет сложную динамическую замкнутую систему объект — регу лятор, называемую с и с т е м о й а в т о м а т и ч е с к о г о р е г у л и р о в а н и я ( САР) . Физическая величина, заданное значение которой необходимо поддерживать для нормального хода техно логического процесса или изменять по определенному закону, на зывается р е гул и р у е м о й в е л и ч и н о й . При отклонении ре гулируемой величины от заданного значения необходимо изме нить приток количества вещества или энергии в объект.
Физическая величина, путем изменения которой осуществля ется воздействие на регулируемую величину, называется р е г у л и р у ю щ е й в е л и ч и н о й (например, количество подаваемого в объект сырья, топлива, воздуха и т. п.), а ее изменение назы вается р е г у л и р у ю щ и м в о з д е й с т в и е м . Регулирующее воздействие является средством для поддержания требуемого значения регулируемой величины.
Для изменения регулирующей величины объект должен быть
оборудован р е г у л и р у ю щ и м о р г а н о м , в |
качестве кото |
рого применяются вентили, заслонки, шиберы, |
ножи тарельча- |
1* |
3 |
тых питателей и т. п. Схематично система автоматического ре гулирования изображена на рис. 1.
Регулируемая величина у (чаще всего температура, расход, давление и тому подобные показатели технологического про цесса) измеряется соответствующим прибором — ч у в с т в и т е л ь н ы м э л е м е н т о м (или д а т ч и к о м ) , который преоб разует значение измеряемой величины в электрический или пнев матический сигнал в зависимости от типа применяемого регу
лятора.
Для упрощения анализа свойств и работы систем автомати ческого регулирования принято разделять их на отдельные эле
|
|
менты, воздействующие в про |
|||||
|
|
цессе работы друг на друга. |
|||||
|
|
Все |
элементы |
системы |
обла |
||
5 |
>У. |
дают |
направленностью |
дей |
|||
-м- |
ствия, |
которая |
заключается |
||||
|
|
в том, что сигнал проходит от |
|||||
|
|
входа к выходу элемента. На |
|||||
|
|
правление прохождения |
сиг |
||||
|
-Зв |
нала |
|
по контуру |
регулирова |
||
|
ния |
на схемах обозначается |
|||||
|
|
стрелками. |
|
|
|
||
Рмс. |
Блок-схема системы автомати |
На |
рис. 1 каждое звено си |
||||
стемы |
изображено |
квадратом. |
|||||
|
ческого регулирования |
Автоматический |
регулятор по |
||||
|
|
казан |
в виде пунктирной линии, |
охватывающей несколько элементов. Сигнал от чувствительного элемента (датчика) 1 поступает в элемент сравнения 2, в кото ром измеренная величина сравнивается с заданным для нее значением. Это значение может изменяться специальным устрой
ством— з а д а т ч и к о м |
(Зд). Разность между требуемым и |
|
фактическим значением |
регулируемой |
величины называется |
р а с с о г л а с о в а н и е м . |
Таким образом, |
вырабатываемое эле |
ментом сравнения рассогласование поступает в управляющий блок 3, в котором формируется управляющее воздействие. Оно обычно зависит от знака и величины рассогласования. Управ ляющее воздействие поступает на вход исполнительного меха низма 4, который управляет работой регулирующего органа 5. Последний изменяет значение регулирующей величины х, при водя к нулю имеющееся рассогласование.
Конструктивно автоматический регулятор состоит обычно из элемента сравнения 2 с датчиком, управляющего блока 3 и ис полнительного механизма 4. Таким образом, всякая система ав томатического регулирования может быть схематично изобра жена в виде замкнутой цепи связанных между собой элементов, как это показано на рис. 1. Замкнутая цепь воздействий яв ляется характерной особенностью систем автоматического регу лирования.
4
Изменение значений регулируемой величины в объекте 6 про исходит от действующих на объект возмущающих воздействий у. В о з м у щ а ю щ и м и в о з д е й с т в и я м и (или возмущениями) называются всякие изменения нерегулируемых величин техноло гического процесса, которые оказывают влияние на регулируе мую величину. Основными возмущениями являются случайные колебания различных химических или физических свойств пото ков, входящих в объект. Если бы не возникали возмущения как вне системы регулирования, так и внутри ее самой, то отпала бы необходимость в автоматическом регулировании и регуляторах.
Зд
Рис. 2. Пример системы автоматического регу- |
Рис. 3. Блок-схема систе- |
лирования |
мы автоматического ре |
|
гулирования по возму |
|
щению |
Воздействие автоматического регулятора на объект приво дит к уменьшению рассогласования до тех пор, пока регулируе мая величина у не придет к заданному значению. Благодаря автоматическому регулированию регулируемая величина может сохранять заданные ей значения независимо от воздействия возмущений или помех.
На рис. 2 в качестве примера представлена система автома тического регулирования температуры в жидкости, протекающей через емкость 1 по трубопроводу и поступающей далее к потре бителю. Вода нагревается с помощью пара, пропускаемого по паропроводу с теплообменником 2. Температуру воды в емкости требуется поддерживать постоянной. Для этого применяется ре гулятор, состоящий из датчика 4, к которому подключен чувстви тельный элемент 3 (термометр сопротивлений), регулирующего прибора с задатчиком 5 и исполнительного механизма 6, управ ляющего положением вентиля 7 на паропроводе. Регулируемой величиной здесь является температура воды, регулирующим воз действием — положение вентиля, управляющего расходом про ходящего через змеевик пара. Возмущением в данной системе
5
может быть изменение температуры поступающей в резер вуар жидкости, давления пара и температуры окружающей среды.
Все эти возмущения влияют на температуру жидкости в ре зервуаре. Отклонение температуры жидкости от заданного зна чения, измеренное датчиком, вызовет рассогласование в измери тельной схеме регулирующего прибора. Регулирующий прибор выработает сигнал воздействия на исполнительный механизм, который будет изменять расход пара с помощью вентиля до тех пор, пока регулируемая величина не достигнет заданного значе ния. В этом примере элементами системы являются объект регу лирования (от вентиля на паропроводе до термометра сопро тивления), датчик, регулирующий прибор и исполнительный ме ханизм. Система регулирования является замкнутой.
Вид регулирования, схема которого приведена на рис. 1, при нято называть регулированием по отклонению (принцип Ползу нова—Уатта). Принцип регулирования по отклонению был при менен И. И. Ползуновым при регулировании уровня воды в котле паровой машины и Дж. Уаттом при регулировании скорости вращения вала паровой машины. Требования автоматического регулирования полноценно обеспечиваются только при исполь зовании системы регулирования по отклонению.
На практике встречаются также системы регулирования по возмущению (принцип Понселе—Чиколева) и по скорости от клонения регулируемой величины (принцип братьев Сименс).
В системе регулирования по возмущению (рис. 3) вместо из мерения разности (у—Зд) (разбаланса в измерительной схеме регулирующего прибора) измеряется величина самого возмуще ния z посредством звена 3 регулятора, которое воздействует на звено 2 регулятора, служащее для преобразования этого сигнала и компенсации его, т. е. для создания на объекте 1 воздействия, обратного действию возмущения г. Недостатком подобной си стемы является то, что она компенсирует влияние одного основ ного возмущения и не может предотвратить влияния на регу лируемую величину других возмущающих, чаще всего неконтро лируемых, воздействий. По сравнению с системой регулирования по отклонению система регулирования по возмущению является разомкнутой системой.
В системе регулирования по скорости отклонения регулируе мой величины воздействие на объект со стороны регулятора осу ществляется в зависимости не от отклонения, а от скорости из менения регулируемой величины, т. е. от ее первой производной во времени. Регулятор в такой системе действует быстрее, чем при регулировании по отклонению, поскольку производная по отклонению регулируемой величины выявляется раньше, чем про исходит отклонение от заданного значения. Однако принцип братьев Сименс, как и принцип Понселе—Чиколева, трудно ис пользовать в чистом виде. Поэтому системы регулирования по
6
возмущению и скорости отклонения регулируемой величины ис пользуются, как правило, в сочетании с системой регулирования по отклонению, что позволяет с большей точностью поддержи вать значение регулируемой величины.
Процесс изменения регулируемой величины после нанесения возмущения называется п е р е х о д н ы м п р о ц е с с о м . Форма переходного процесса является одним из основных показателей качества регулирования и зависит от динамических свойств си стемы и от вида возмущающих воздействий. Практически воз
можны |
возмущающие |
воз |
|
|
||||
действия любого вида. Но |
|
|
||||||
для |
сравнения |
переходных |
|
|
||||
процессов |
при |
исследова |
|
|
||||
нии |
автоматических систем |
|
|
|||||
используют какое-либо оп |
|
|
||||||
ределенное |
|
возмущающее |
|
|
||||
воздействие — в |
виде |
еди |
|
|
||||
ничного скачка, гармониче |
|
|
||||||
ских колебаний или перио |
|
|
||||||
дических |
прямоугольных |
|
|
|||||
импульсов. |
|
|
|
|
|
|
||
На рис. 4 показаны ти |
|
|
||||||
повые |
формы |
|
переходных |
|
|
|||
процессов |
в |
|
автоматиче |
|
|
|||
ской |
системе, |
полученные в |
|
|
||||
результате |
возмущающего |
|
|
|||||
воздействия |
в |
виде единич |
Рис. 4. Типовые формы переходных |
|||||
ного |
скачка. |
На рис. |
4, а |
процессов в автоматической системе ре |
||||
регулирующая |
величина со |
|
гулирования |
|||||
а — затухающие |
колебания; б — апериодиче |
|||||||
ответствует |
устойчивому за |
ский процесс; |
в — незатухающие колебания; |
|||||
тухающему |
|
колебательно |
г — расходящиеся колебания |
|||||
му |
процессу. |
|
Амплитуда |
|
|
колебаний постепенно уменьшается до нуля. Кривая на рис. 4, б соответствует апериодическому (неколебательному) переход ному процессу в системе. Оба случая относятся к устойчивой системе автоматического регулирования. Форма кривой переход ного процесса на рис. 4, а наиболее желательна, так как значе ние регулируемой величины быстро и без больших динамических отклонений приводится к заданному значению, в то время как апериодический переходный процесс обладает значительной продолжительностью и большой амплитудой отклонения регу лируемой величины от заданного значения. При неправильном выборе как элементов системы, так и параметров настройки мо гут возникнуть незатухающие колебания с постоянной амплиту дой (рис. 4, в) и расходящиеся (рис. 4, г). Незатухающие ко лебания в системе нежелательны.
Поэтому основная задача при построении системы автомати ческого регулирования состоит в учете величин, определяющих
7