Контролен комплект каскаден регулатор E8.4401, KROMSCHRODER. Каскаден метод за автоматично управление Каскаден регулатор

Каскадното управление е управление, при което два или повече управляващи контура са свързани, така че изходът на единия контролер регулира зададената точка на другия контролер.

Фигурата по-горе е блокова диаграма, която илюстрира концепцията за каскадно управление. Блоковете в диаграмата всъщност представляват компонентите на два управляващи контура: главния контур, който е съставен от контролни елементи A, E, F и G, и подчинения контур, който е съставен от контролни елементи A, B C, и D. Изходът на главния контролер на контура е еталонът (заданата точка) за контролера на подчинения контролер на контура. Контролерът на подчинената верига генерира управляващ сигнал за задвижващия механизъм.

За процеси, които имат значителни характеристики на забавяне (капацитет или съпротивление, които забавят промените в променлива), подчинената контролна верига на каскадна система може да открие несъответствие в процеса по-рано и по този начин да намали времето, необходимо за изчистване на несъответствието. Можем да кажем, че подчинената управляваща верига „споделя“ закъснението и намалява влиянието на смущението върху процеса.

В каскадна система за управление се използва повече от един първичен сензорен елемент и контролерът (в подчинения контролен контур) получава повече от един входен сигнал. Следователно каскадната система за управление е многоконтурна система за управление.

Пример за каскадна система за управление

В примера по-горе управляващият контур в крайна сметка ще бъде водещият контур при изграждането на каскадна система за управление. Подчинената верига ще бъде добавена по-късно. Целта на този процес е да загрее водата, преминаваща през вътрешността на топлообменника, обикаляйки тръбите, през които преминава парата. Една от характеристиките на процеса е, че тялото на топлообменника има голям обем и съдържа много вода. Голямо количество вода има капацитет, който му позволява да задържа голямо количество топлина. Това означава, че ако температурата на водата, влизаща в топлообменника, се промени, тези промени ще се отразят на изхода на топлообменника с голямо закъснение. Причината за забавянето е големият капацитет. Друга особеност на този процес е, че парните тръби устояват на преноса на топлина от парата вътре в тръбите към водата извън тръбите. Това означава, че ще има забавяне между промените в потока на парата и съответните промени в температурата на водата. Причината за това забавяне е съпротивата.

Първичният елемент в този контролен контур контролира температурата на водата, напускаща топлообменника. Ако температурата на изходящата вода се е променила, съответната физическа промяна в първичния елемент се измерва от преобразувател, който преобразува стойността на температурата в сигнал, изпратен към контролера. Контролерът измерва сигнала, сравнява го със зададената точка, изчислява разликата и след това произвежда изходен сигнал, който управлява контролния клапан на паропровода, който е краен елементконтролен контур (регулаторен орган). Вентилът за регулиране на парата увеличава или намалява потока на парата, позволявайки на температурата на водата да се върне към зададената точка. Въпреки това, поради характеристиките на забавяне на процеса, промяната в температурата на водата ще бъде бавна и ще отнеме много време, преди контролният контур да може да отчете колко се е променила температурата на водата. Дотогава може да са настъпили твърде големи промени в температурата на водата. В резултат на това управляващият контур ще генерира прекалено силно управляващо действие, което може да доведе до отклонение в обратна посока (превишаване) и отново ще „изчака“ резултата. Поради бавен отговор като този, температурата на водата може да се покачва и понижава за дълго време, преди да се установи обратно до зададената точка.

Преходният отговор на системата за управление се подобрява, когато системата е допълнена с втори каскаден контролен контур, както е показано на фигурата по-горе. Добавеният контур е подчинен контур за каскадно управление.

Сега, когато потокът на пара се промени, тези промени ще бъдат усетени от чувствителния елемент на потока (B) и измерени от предавателя (C), който изпраща сигнал към подчинения контролер (D). В същото време температурният сензор (E) в главния контролен контур отчита всяка промяна в температурата на водата, напускаща топлообменника. Тези промени се измерват от измервателен преобразувател (F), който изпраща сигнал към главния контролер (G). Този контролер изпълнява функциите на измерване, сравнение, изчисляване и генерира изходен сигнал, който се изпраща към подчинения контролер (D). Този сигнал коригира зададената точка на подчинения контролер. След това подчиненият контролер сравнява сигнала, който получава от сензора за поток (C), с новата зададена точка, изчислява разликата и генерира коригиращ сигнал, който се изпраща към контролния вентил (A), за да регулира потока на парата.

В система за управление с добавяне на подчинен контролен контур към основния контур, всяка промяна в потока на парата се отчита незабавно от допълнителния контур. Необходимите настройки се правят почти веднага, преди смущението от потока на парата да повлияе на температурата на водата. Ако има промени в температурата на водата, напускаща топлообменника, чувствителният елемент възприема тези промени и главният контролен контур коригира зададената точка на контролера в подчинения контролен контур. С други думи, той задава зададена точка или "измества" регулатора в подчинения контролен контур, така че да регулира потока на парата за постигане на желаната температура на водата. Въпреки това, тази реакция на контролера на подчинения контур към промените в потока на парата намалява времето, необходимо за компенсиране на смущенията от потока на парата.

Въпроси за ефективна работа на помпено и енергийно оборудване в последните годинистават все по-актуални поради увеличаването на тарифите за електрическа енергия, разходите за които в общата структура на разходите могат да бъдат много значителни.

Водоснабдяването и канализацията са отрасли с интензивно използване на помпено оборудване; делът на електроенергията, консумирана от помпите, е повече от 50% от общото потребление на енергия. Следователно въпросът за намаляване на разходите за енергия за водоснабдителните организации се крие преди всичко в ефективното използване на помпено оборудване.

Средно ефективността на помпените станции е 10-40%. Въпреки факта, че ефективността на най-често използваните помпи варира от 60% за тип K и KM помпи и повече от 75% за тип D помпи.

Основните причини за неефективното използване на помпено оборудване са следните:

Преоразмеряване на помпи, т.е. монтаж на помпи с параметри на дебита и налягането, по-големи от необходимите за осигуряване на работата на помпената система;

Регулиране на режима на работа на помпата с помощта на клапани.

Основните причини, които водят до преоразмеряване на помпите са следните:

На етапа на проектиране помпеното оборудване се разполага с резерв в случай на непредвидени пикови натоварвания или като се вземе предвид бъдещото развитие на микрорайона, производството и др. Често има случаи, когато такъв коефициент на безопасност може да достигне 50%;

Промени в параметрите на мрежата - отклонения от проектната документация по време на строителството, корозия на тръбите по време на експлоатация, подмяна на тръбопроводни участъци по време на ремонти и др.;

Промени в потреблението на вода поради нарастване или намаляване на населението, промени в броя на промишлените предприятия и др.

Всички тези фактори водят до факта, че параметрите на помпите, монтирани в помпените станции, не отговарят на изискванията на системата. За да осигурят необходимите параметри на помпената станция за захранване и налягане в системата, експлоатационните организации прибягват до регулиране на потока с помощта на клапани, което води до значително увеличаване на консумацията на енергия както поради работата на помпата в зона с ниска ефективност, така и поради загуби при дроселиране.

Методи за намаляване на енергоемкостта на помпените агрегати

Оптималната консумация на енергия оказва значително влияние върху жизнения цикъл на помпата. Предпроектното проучване на конкурентоспособността се изчислява по методологията на разходите за жизнения цикъл, разработена от специализирани западни институти.

Таблица 1 обсъжда основните методи, които според Американския хидравличен институт и Европейската асоциация на производителите на помпи намаляват потреблението на енергия от помпата, а също така показва мащаба на потенциалните спестявания.

Таблица №1. Мерки за намаляване на потреблението на енергия и техния потенциален размер.

Основният потенциал за спестяване на енергия се крие в замяната на управлението на потока на помпата със шибър. честотно или каскадно регулиране, т.е. използването на системи, способни да адаптират параметрите на помпата към изискванията на системата. При вземането на решение за използването на един или друг метод за управление е необходимо да се вземе предвид, че всеки от тези методи също трябва да се прилага, като се започне от параметрите на системата, върху която работи помпата.

Ориз. Каскадно управление на режима на работа на три паралелно монтирани помпи при работа в мрежа с преобладаващо статичен компонент.

В системи с голям статичен компонент, използването на каскадно управление, т.е. Свързването и изключването на необходимия брой помпи ви позволява да регулирате режима на работа на помпите с висока ефективност.

Каскадните системи се използват за автоматизиране на обекти, които имат голяма инерция по канала за управление, ако е възможно да се избере междинна координата, която е по-малко инерционна по отношение на най-опасните смущения и да се използва за него същото регулиращо действие, както за основния изход на обекта.

В този случай системата за управление (фиг. 19) включва два регулатора - основният (външен) регулатор Р, служещи за стабилизиране на основния изход на обекта y,и допълнителен (вътрешен) регулатор Р 1, предназначени за регулиране на спомагателната координата при 1 .Целта за спомагателния контролер е изходният сигнал на главния контролер.

Изборът на регулаторни закони се определя от целта на регулаторите:

За да се поддържа основната изходна координата при дадена стойност без статична грешка, законът за управление на главния контролер трябва да включва интегрална компонента;

Допълнителният регулатор трябва да реагира бързо, така че може да има произволен закон за управление.

Сравнението на едноконтурни и каскадни ASR показва, че поради по-високата скорост на вътрешния контур в каскадния ASR, качеството на преходния процес се повишава, особено когато се компенсират смущенията, идващи през канала за управление. Ако според условията на процеса е наложено ограничение на спомагателната променлива (например температурата не трябва да надвишава максимално допустимата стойност или съотношението на дебита трябва да бъде в определени граници), тогава се налага ограничение и на изходния сигнал на главния контролер, който е задача за спомагателния контролер. За да направите това, между регулаторите е инсталирано устройство с характеристиките на усилвателна секция с насищане.

Ориз. 19. Блокова схема на каскадна автоматизирана система за управление:

У, У 1 – главни и спомагателни канали при 1 контролирани количества на обекта; Р, Р 1 – главни и спомагателни регулатори; х Р, х Р1 – регулиращи влияния на регулаторите РИ Р 1 ; ε, ε 1 – големината на несъответствията между текущите и зададените стойности на контролираните количества приИ при 1 ; при 0 – задача към главния контролер Р

Примери за каскадни автоматизирани системи за управление на топлотехнически съоръжения. На фиг. Фигура 20 показва пример на каскадна система за стабилизиране на температурата на течността на изхода на топлообменника, в която спомагателната верига е потокът на нагряващата пара ASR. Когато има смущение в налягането на парата, регулатор 1 променя степента на отваряне на управляващия вентил по такъв начин, че да поддържа зададения дебит. Ако топлинният баланс в апарата е нарушен (причинен например от промяна на входящата температура или дебита на течността, енталпията на парата, загубата на топлина в околната среда), което води до отклонение на изходната температура от зададената стойност, регулатор на температурата 2 настройва настройката на регулатор на потока на пара 1.

В термичните технологични процеси често основните и спомагателните координати имат една и съща физическа природа и характеризират стойностите на един и същ технологичен параметър в различни точки на системата (фиг. 21).

Фиг.20. Каскадна система за контрол на температурата (поз. 2) с корекция на заданието към регулатора на парния поток (поз. 1)

Ориз. 21. Блокова схема на каскадна ASR с измерване на спомагателна координата в междинна точка

На фиг. Фигура 22 показва фрагмент от диаграмата на процеса, включително нагревател на реакционната смес 2 и реактор 1 и система за стабилизиране на температурата в реактора.

Контролният ефект върху потока на парата се подава към входа на топлообменника. Каналът за управление, който включва две устройства и тръбопроводи, е сложен динамична системас голяма инерция. Обектът се влияе от редица смущения, идващи в различни точки на системата: налягане и енталпия на парата, температура и скорост на потока на реакционната смес, загуба на топлина в реактора и др. За да се увеличи скоростта на системата за управление, каскадно ACS се използва, при което основната контролирана величина е температурата в реактора, а температурата на сместа между топлообменника и реактора е избрана като спомагателна.

Ориз. 22. Каскадна система за контрол на температурата (т.4) в реактора (т.1) с корекция на настройката на терморегулатора (т.3) на изхода на топлообменника (т.2)

Изчисляване на каскада ASR.Изчисляването на каскадно ASR включва определяне на настройките на главния и спомагателния регулатор за зададени динамични характеристики на обекта по главния и спомагателния канал. Тъй като настройките на главния и спомагателния регулатор са взаимозависими, те се изчисляват по итерационния метод.

На всяка стъпка на итерация се изчислява намалена едноконтурна ASR, в която един от контролерите условно се отнася до еквивалентен обект. Както се вижда от блоковите схеми на фиг. 23, еквивалентният обект за главния регулатор (фиг. 23, а) е последователно свързване на затворена спомагателна верига и главния канал за управление; предавателната му функция е равна на

(93)

Ориз. 23. Блокови схеми на еквивалентна едноконтурна система за управление с основен (а) и спомагателен (б) регулатор: отгоре - еквивалентна едноверижна схема; долу – преобразуване на каскадна АКП в едноконтурна

Еквивалентният обект за спомагателен контролер 2 (фиг. 23) е паралелна връзкадопълнителен канал и основна система с отворен контур. Неговата трансферна функция има формата:

(p)=W 1 (p) – W(p)R(p).(94)

Изчислението започва с основния регулатор. Методът се използва в случаите, когато инерцията на спомагателния канал е много по-малка от тази на основния. На първата стъпка се допуска, че работната честота на главната верига ( ω p) много по-малко от спомагателния ( ω p1) и при ω=ω р

. (95)

. (96)

Така, като първо приближение, настройките S 0главен регулатор 1 не зависи от R1(p)и се намират от W e °(p).

На втората стъпка се изчисляват настройките на спомагателния контролер за еквивалентен обект (1) с трансферната функция W 1 e (p),в които те заместват R(p,S°).

Комбиниран ACP

Комбинираните автоматизирани системи за управление се използват при автоматизацията на обекти, подложени на значителни контролирани смущения. Системите се наричат ​​комбинирани, защото при изграждането им се използват два принципа на регулиране: „по отклонение“ (принцип на Ползунов) и „по смущение“ (принцип на Понселе). Системите, изградени по принципа на Ползунов, имат отрицателна обратна връзка и работят в затворен цикъл. Системи за смущения (Poncelet) обратна връзканямат и работят в отворен цикъл.

Има два начина за изграждане на комбинирани автоматизирани системи за управление с блоковите схеми, показани на фиг. 24 и 25. Както се вижда от тези блокови схеми, двете системи имат общи черти: наличието на два канала за въздействие върху изходната координата на обекта и използването на два контролни контура - затворен (чрез регулатор 1 ) и отворен (чрез компенсатор 2 ). Единствената разлика е, че във втория случай коригиращият импулс от компенсатора се подава не към входа на обекта, а към входа на регулатора.

Ориз. 24. Блокови схеми на комбиниран ASR при свързване на изхода на компенсатор към входа на обект: а – оригинална схема; b – преобразувана диаграма; 1 – регулатор; 2 – компенсатор

Ориз. 25. Блокови схеми на комбиниран ASR при свързване на изхода на компенсатора към входа на регулатора: а – оригинална схема; b – преобразувана диаграма; 1 – регулатор; 2 – компенсатор

Въвеждането на коригиращ импулс на базата на най-силното смущение може значително да намали осигурената грешка при динамично управление правилният избори изчисляване на динамичното устройство, което формира закона за промяна на това влияние.

Основа за изчисление подобни системие принцип на инвариантност:отклонението на изходната координата на системата от определената стойност трябва да бъде идентично равно на нула при всякакви движещи или смущаващи влияния.

За да се изпълни принципът на инвариантност, са необходими две условия: идеална компенсация на всички смущаващи влияния и идеално възпроизвеждане на сигнала на задачата. Очевидно е, че постигането на абсолютна инвариантност в реалните системи за управление е практически невъзможно. Обикновено те се ограничават до частична инвариантност по отношение на най-опасните смущения. Нека разгледаме условието за инвариантност на отворените и комбинираните системи за управление по отношение на едно смущаващо влияние.

Условие за инвариантност за отворен и комбиниран ASR.Нека разгледаме условието за инвариантност на система с отворен цикъл (фиг. 26): y(t)= 0.

Ориз. 26. Блокова схема на система за автоматично управление с отворен контур

Преминаване към изображения на Лаплас X B (r)И Y(p)сигнали x V (t)И y(t),Нека пренапишем това условие, като вземем предвид функциите за прехвърляне на обекта по протежение на каналите за смущения WB(p)и регулиране W Р (p)и компенсатор RK(p):

Y(p) = X B (p) 0. (97)

При наличие на смущения [ ] условието за инвариантност (97) е изпълнено, ако

W B (p) + R k (p) W P (p) = 0,(98)

R k () = -W В ()/W Р ().(99)

По този начин, за да се осигури инвариантността на системата за управление по отношение на всяко смущение, е необходимо да се инсталира динамичен компенсатор, чиято трансферна функция е равна на съотношението на трансферните функции на обекта по каналите за смущение и управление, взети с обратен знак.

Нека изведем условия за инвариантност за комбинирани ASR. За случая, когато сигналът от компенсатора се прилага към входа на обекта (виж фиг. 24, а), структурна схемакомбинираният ASR се преобразува в последователно свързване на система с отворена верига и затворен контур (виж фиг. 24, b), чиито трансферни функции са съответно равни:

.

В този случай условието за инвариантност (97) се записва като:

Ако X B (p) 0 и W ZS(p), трябва да бъде изпълнено следното условие:

тези. условие за инвариантност.

Когато се използва комбинирана система за управление (виж фиг. 25, а), извеждането на условията на инвариантност води до отношенията (виж фиг. 25, b):

(101)

Ако XB(p)0И W ZS (r),тогава трябва да е изпълнено следното условие:

R до (p) = -W B (p) /.(103)

По този начин, при свързване на изхода на компенсатора към входа на контролера, предавателната функция на компенсатора, получена от условието за инвариантност, ще зависи от характеристиките не само на обекта, но и на контролера.

Условия за физическа реализуемост на инвариантни ASR.Един от основните проблеми, които възникват при изграждането на инвариантни системи за управление, е тяхната физическа реализируемост, т.е. осъществимост на компенсатор, който отговаря на условия (99) или (103).

За разлика от конвенционалните индустриални регулатори, чиято структура е дадена и е необходимо само да се изчислят техните настройки, структурата на динамичния компенсатор се определя изцяло от съотношението на динамичните характеристики на обекта по каналите за смущение и управление и може да се окаже да бъде много сложен, а при неблагоприятно съотношение на тези характеристики физически невъзможен.

„Идеалните“ компенсатори са физически неосъществими в два случая:

Ако чистото време на забавяне по канала за управление е по-голямо от това през канала за смущения. В този случай идеалният компенсатор трябва да съдържа водеща връзка, тъй като ако:

(104)

, (105)

след това като се вземе предвид (99):

(106)

Ако в трансферната функция на компенсатора степента на полинома в числителя е по-голяма от степента на полинома в знаменателя. В този случай компенсаторът трябва да съдържа идеални диференциращи връзки. Този резултат се получава при определено съотношение на редовете на диференциалните уравнения, описващи каналите за смущение и управление. Позволявам

W В (р) = В в (Р)/И Wp(p)= В р(Р)/,(107)

Където B в (P), A B (p), V P (p), A P (p)- полиноми от степени t V, n B, m PИ n pсъответно.

m K = m B + n p ; n k = n in + m r.

По този начин условието за физическа реализуемост на инвариантна ASR е да бъдат изпълнени следните отношения:

τ in ≥ τ р и m B + n p ≤ n in + m р.(108)

Пример.Нека разгледаме система за контрол на температурата в химически реактор с разбъркващо устройство, в което протича екзотермична реакция (фиг. 27).

Ориз. 27. Схематична диаграмахимически реактор със смесително устройство: 1 – температурен уред; 2 – управляващ клапан; 3 – разходомер

Нека основният канал за смущения - „скорост на потока на реакционната смес - температура в реактора“ - се апроксимира от две апериодични връзки от първи ред, а контролният канал - „скорост на потока на охлаждащата течност - температура в реактора“ - от три апериодични връзки от първи ред:

, (109)

, (110)

Където T 1 , T 2 , T 3 – най-големите времеконстанти на основните термични резервоари на реактора, термометъра и охлаждащата риза.

За да се изгради инвариантна система за управление, съвместима с израз (99), е необходимо да се въведе компенсатор с трансферна функция:

, (111)

което е физически неосъществимо, тъй като в в такъв случайусловието е нарушено и компенсаторът трябва да съдържа идеална диференцираща връзка.

Упражнение

В съответствие с примера разработете система за управление на ректификационна инсталация. Изчисли , .

Изходни данни.

1. Схема на дестилационния агрегат (фиг. 28). Инсталацията се състои от дестилационна колона ДА СЕ, топлообменник за нагряване на изходната смес Т-1, котел Т-2, кондензатор Т-3 и обратен хладник д.

Колоната разделя бинарната смес. Точките на кипене на отделените компоненти се различават значително, в резултат на което колоната има малък брой плочи и малка височина. Закъсненията и инерцията по каналите на предаване на смущаващи и управляващи въздействия са относително малки. Съществуват силни вътрешни кръстосани връзки между основните контролирани (регулирани) количества на процеса - съставите (температурите) на дестилата и дънния продукт.

Потокът от пара, напускащ горната част на дестилационната колона, съдържа компоненти, които не кондензират в инертни газове при работните условия на топлообменника Т-3. Те се изхвърлят от резервоара за напояване за продухване (в горивната мрежа).

Режимът на работа на инсталацията е обект на големи и чести смущения: по отношение на потока Еи състав XFсурови материали; чрез налягане (поток) на нагревателния агент, подаден към топлообменника T-I и котела T-2; според налягането (потока) на хладилния агент, подаван към кондензатора Т-3.

„Ключовите“ контроли на процеса на ректификация са регулаторните органи на линията за подаване на обратен хладник към колоната ДА СЕи линии за подаване на отоплителен агент към котела Т-2.

Ориз. 28. Схема на ректификационна инсталация

2. Задават се динамичните параметри на обекта: (времеконстанти T; закъснения τ; коефициент на предаване ДА СЕ v) чрез канали:

А. “промяна на позицията на регулатора P01 – разход на суровина Е» ( X R 1 Е);

b. “промяна на позицията на регулатора P02 – разход на отоплителен агент Е 1 " ( X R 2 Е 1 );

b*. “промяна на позицията на регулатора P02 - температура на суровината θ Еслед Т-1" ( X R 2 θ Е);

V. “промяна в позицията на регулатора P03 - състав на дестилата X D» ( X R 3 X D);

г. “промяна на позицията на регулатора P04 - налягане Рв колоната" ( X R 4 P);

г. „промяна в позицията на регулатора P05 - ниво в куба на колоната“ ( X R 5 L);

д. „промяна в позицията на регулаторния орган P02 * - температура на суровината θ Еслед Т-1" ( X R 2* θ Е);

и. „промяна в позицията на регулаторния орган P04 * - налягане Пв колоната" ( X R 4* R);

ч. „промяна в позицията на регулатора P06 - температура в долната част на колоната“ ( X R 6 θ ДА СЕ);

z*. „промяна в позицията на регулиращия орган PO6 - температура θ B в горната част на колоната“ ( X R 6 θ B);

И. “промяна в положението на регулиращия орган ROZ - температура θ бв горната част на колоната" (Х P3 θ B);

И * . “промяна в позицията на регулаторния орган ROZ - температураθ ДА СЕдолната част на колоната" ( X R 3 θ ДА СЕ).

3. Посочени са величините на въздействащите върху обекта смущения, изразени в % от хода на регулиращия орган:

а) канал X R 1 Е(въз основа на консумацията на суровини Е);

б) канали X R 2 F 1 , X Р2 θ F(чрез налягане на нагревателния агент П 1 и неговото топлосъдържание р 1);

в) канал X R 3 X D(според състава на суровините XF);

г) канал X P4 P(чрез натиск Р 2 хладилен агент, подаден към кондензатор Т-3);

г) канал X R 5 Л(по съдържание на топлина р 2 нагревателен агент, подаден към котела Т-2).

4. Уточняват се изискванията за качество на процеса на регулиране (динамична грешка X макс, регулирано време t P, степен на затихване на преходните процеси ψ , грешка при статичен контрол хсм).

Изходните данни за т. 2 от задачата (т. а - г), т. 3 и т. 4 са дадени в табл. 9, а за т. 2 (е, ж, з, и) - в табл. 10 изходни данни.

Таблица 9. Динамични параметри на обекта и изисквания за качество на процеса на регулиране

Таблица 10. Динамични параметри на обекта и изисквания за качество на процеса на регулиране

Контролни въпроси

1. Каскадно ACP в управляващите вериги технологични процеси. Принципи на тяхното устройство и действие. Примери за каскадни автоматизирани системи за управление в промишлеността и енергетиката.

2. Комбинирани автоматизирани системи за управление в схеми за управление на процеси. Принципи на устройство и действие. Условия за физическа осъществимост. Примери за комбинирани автоматизирани системи за управление в промишлеността и енергетиката.

ПРАКТИКУМ № 8 (2 часа)

Използва се при сложни обекти, когато изходният параметър j е повлиян от няколко смущения, които не могат да бъдат измерени. В този случай се избира обект с междинен параметър j 1, който може да бъде измерен, и регулирането на обекта се основава на него. Получаваме първия контролен цикъл. Този контролер не взема предвид някои от смущенията, действащи върху сложен обект, които влияят на изходния параметър j. Използвайки параметър j, се конструира вторият контролен контур. Регулаторът на втората верига управлява работата на регулатора на първата верига, като променя задачата си по такъв начин, че работата му компенсира влиянието на смущенията върху изходния параметър j. Това е значението на каскадното регулиране (1-ва и 2-ра каскади за регулиране).

Ориз. 5.18. Схема на системата за контрол на нивото на водата в барабана на котела:

н b – нивото на водата в барабана на котела; д pp – разход на прегрята пара (l); У c – консумация на фуражна вода (m об.); ЗД– задайте показалеца (задава стойността на нивото н b,0); WEC – воден економайзер; PP – прегревател

Нека разгледаме това в схемата за управление на сложен обект, състоящ се от последователно свързване на три обекта със смущения (фиг. 5.19).

Регулаторът на междинния параметър j 1 се стреми да го поддържа постоянен и равен на j 1,0. Това е 1-вата регулационна каскада.

Този контролер отчита само смущението l 1. Смущенията l 2 и l 3 ще повлияят на изходния параметър j. Регулаторът j (2-ра управляваща каскада) ще поддържа параметър j постоянен j 0 поради факта, че чрез променливата задача задача ( ЗПЗ) ще промени задачата към първата верига с количеството ±Dj 1 . След като получи това добавяне на задача, контролерът j 1 ще промени параметъра j 1 по такъв начин, че да компенсира влиянието на смущенията l 2 и l 3 върху изходния параметър j. Регулатор j (2-ри етап)така да се каже, коригира работата на първия регулатор (според j 1), така че наречен коригиращ регулатор (CR).

Ориз. 5.19. Каскадна схема за управление:

ЗД– майстор; ЗПЗ– генератор на променливи справки; КР – коригиращ регулатор

Пример за каскадно управление е разпределението на топлинния товар между няколко котли, работещи на обща парна магистрала (фиг. 5.20).

Ориз. 5.20. Регулиране на топлинния товар на котли, работещи на общ паропровод: RSZ – множител на зададен сигнал; GKR - основен коригиращ регулатор

Два котела подават пара към паропровода с дебит д k1 и д k2. От паропровода парата тече към турбините T 1 ; T 2 и T 3 с разноски дТ1; дТ2 и дТ3. Ако има баланс на постъпващата пара от котлите и напускането на главната линия към турбините, тогава налягането на парата в главната линия Р m няма да се промени ( Р m,0).

Ако турбините започнат да консумират повече или по-малко пара, тогава балансът на притока на пара в главния тръбопровод и неговия поток от главния тръбопровод се нарушава и налягането Рм се нуждае от регулация. Междинни обекти в тази система са котли ДА СЕ 1 и ДА СЕ 2, а междинните параметри са топлинните натоварвания на котлите д q 1 и д q2. Въз основа на тях се изгражда регулатор на термично натоварване ( RTN), който контролира подаването на гориво (газ). Това е първата регулаторна каскада.

Регулаторите поддържат топлинните натоварвания постоянни д q 1.0 и д q 2.0 и съответно разход на пара д k1 и д k2. Ако налягането в линията Р m започва да се променя (параметър j), регулаторът на налягането влиза в действие Р m (това е 2-ра каскада), която в зависимост от отклонението на налягането ±D Р m =( Рм - Р m,0) генерира сигнал на изхода и чрез умножителя на еталонния сигнал ( RSZ) контролира работата на регулаторите на топлинния товар на котела ( RTN), променяйки задачата със стойност ±D др. В съответствие с този сигнал регулаторите на PTH променят подаването на гориво към котлите и по този начин производството на потребление на пара д k1 и д k2 по такъв начин, че да възстанови налягането в линията Рм.

В случай, че тези методи за контрол не дадат желаните резултати, те преминават към ограничаване на смущенията l.