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: 71

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 (уЗд) (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