Vezérlőkészlet kaszkádszabályzó E8.4401, KROMSCHRODER. Kaszkád automatikus vezérlési módszer Kaszkád szabályozó

A kaszkádvezérlés olyan vezérlés, amelyben két vagy több vezérlőhurok van csatlakoztatva úgy, hogy az egyik vezérlő kimenete beállítja a másik vezérlő alapjelét.

A fenti ábra egy blokkdiagram, amely a kaszkádvezérlés fogalmát szemlélteti. A diagram blokkjai valójában két vezérlőkör összetevőit reprezentálják: a mesterhurkot, amely A, E, F és G vezérlőelemekből áll, és a slave hurkot, amely az A, B C vezérlőelemekből áll, és D. A mester hurok vezérlő kimenete a referencia (alapjel) a slave vezérlő hurok vezérlő számára. A slave áramköri vezérlő vezérlőjelet állít elő az aktuátor számára.

Azoknál a folyamatoknál, amelyek jelentős késleltetési jellemzőkkel rendelkeznek (kapacitás vagy ellenállás, amely lassítja a változó változásait), a kaszkádrendszer szolga vezérlőhurka korábban képes észlelni az eltérést a folyamatban, és ezáltal csökkenti az eltérés kijavításához szükséges időt. Azt mondhatjuk, hogy a slave vezérlőhurok „megosztja” a késleltetést, és csökkenti a zavar hatását a folyamatra.

A kaszkádvezérlő rendszerben egynél több elsődleges érzékelőelemet használnak, és a vezérlő (a slave vezérlőkörben) egynél több bemeneti jelet kap. Ezért a kaszkádvezérlő rendszer egy többhurkos vezérlőrendszer.

Példa kaszkádvezérlő rendszerre

A fenti példában a vezérlőhurok végső soron a vezető hurok lesz a kaszkádvezérlő rendszer felépítésénél. A slave áramkör később kerül hozzáadásra. Ennek az eljárásnak a célja a hőcserélő belsején áthaladó víz felmelegítése, amely a gőzt áthaladó csövek körül áramlik. Az eljárás egyik jellemzője, hogy a hőcserélő teste nagy térfogatú és sok vizet tartalmaz. A nagy mennyiségű víz olyan kapacitással rendelkezik, amely lehetővé teszi nagy mennyiségű hő megtartását. Ez azt jelenti, hogy ha a hőcserélőbe belépő víz hőmérséklete megváltozik, ezek a változások nagy késéssel tükröződnek a hőcserélő kimenetén. A késés oka a nagy kapacitás. Ennek az eljárásnak egy másik jellemzője, hogy a gőzcsövek ellenállnak a csövek belsejében lévő gőzből a csöveken kívüli vízbe történő hőátvitelnek. Ez azt jelenti, hogy a gőzáram változása és a vízhőmérséklet megfelelő változása között késés lesz. Ennek a késedelemnek az oka az ellenállás.

A szabályozókör elsődleges eleme szabályozza a hőcserélőt elhagyó víz hőmérsékletét. Ha a kilépő víz hőmérséklete megváltozott, a primer elem megfelelő fizikai változását egy jelátalakító méri, amely a hőmérséklet értéket a vezérlőnek küldött jellé alakítja. A vezérlő megméri a jelet, összehasonlítja a beállított értékkel, kiszámítja a különbséget, majd kimenő jelet állít elő, amely vezérli a gőzvezeték vezérlőszelepét, amely végső elem szabályozási hurok (szabályozó szerv). A gőzszabályozó szelep növeli vagy csökkenti a gőzáramot, lehetővé téve a víz hőmérsékletének visszatérését a beállított értékre. A folyamat késleltetési jellemzői miatt azonban a vízhőmérséklet változása lassú lesz, és hosszú időnek kell eltelnie, mire a szabályozókör leolvassa, mennyit változott a víz hőmérséklete. Addigra már túl nagy változások következtek be a víz hőmérsékletében. Ennek eredményeként a szabályozási hurok túlzottan erős szabályozási műveletet generál, ami ellenkező irányú eltéréshez (túllövéshez) vezethet, és ismét „megvárja” az eredményt. Az ilyen lassú reakció miatt a vízhőmérséklet hosszú ideig fel-le mozoghat, mielőtt visszaállna a beállított értékre.

A vezérlőrendszer tranziens reakciója javul, ha a rendszert egy második kaszkád vezérlőhurokkal egészítik ki, amint az a fenti ábrán látható. A hozzáadott hurok egy kaszkádvezérlő slave hurok.

Most, amikor a gőzáram megváltozik, ezeket a változásokat az áramlásérzékelő elem (B) érzékeli, és a távadó (C) méri, amely jelet küld a slave vezérlőnek (D). Ugyanakkor a fő szabályozókör hőmérséklet-érzékelő eleme (E) érzékeli a hőcserélőt elhagyó víz hőmérsékletének változását. Ezeket a változásokat egy mérőátalakító (F) méri, amely jelet küld a fővezérlőnek (G). Ez a vezérlő a mérési, összehasonlítási, számítási funkciókat látja el, és kimeneti jelet állít elő, amelyet a slave vezérlőhöz (D) küld. Ez a jel beállítja a slave vezérlő alapjelét. A szolga vezérlő ezután összehasonlítja az áramlásérzékelőtől (C) kapott jelet az új alapjellel, kiszámítja a különbséget, és egy korrekciós jelet generál, amelyet a vezérlőszelephez (A) küld a gőzáramlás beállításához.

Az olyan vezérlőrendszerben, amelyben a főhurokhoz szolga vezérlőhurok van hozzáadva, a gőzáramlás minden változását a kiegészítő hurok azonnal érzékeli. A szükséges beállításokat szinte azonnal megtörténik, még mielőtt a gőzáramlás okozta zavar befolyásolná a víz hőmérsékletét. Ha a hőcserélőből kilépő víz hőmérséklete megváltozik, az érzékelő elem észleli ezeket a változásokat, és a mester szabályozókör beállítja a szabályozó alapjelét a szolga szabályozókörben. Más szavakkal, beállít egy alapértéket, vagy "előfeszíti" a szabályozót a szolga vezérlőkörben, hogy a gőzáramot a kívánt vízhőmérséklet elérése érdekében állítsa be. A szolga hurok vezérlőjének a gőzáram változásaira adott válasza azonban csökkenti a gőzáramból származó zavarok kompenzálásához szükséges időt.

A szivattyú- és erőművi berendezések hatékony működésének kérdései utóbbi évek A villamos energia tarifáinak emelkedése miatt egyre fontosabbak, amelyek költségei a teljes költségszerkezetben igen jelentősek lehetnek.

A vízellátás és a csatornázás olyan iparágak, ahol intenzíven használják a szivattyúberendezéseket, a szivattyúk által fogyasztott villamos energia aránya a teljes energiafogyasztás több mint 50%-a. Ezért a vízellátó szervezetek energiaköltségei csökkentésének kérdése elsősorban a szivattyúberendezések hatékony használatában rejlik.

A szivattyútelepek hatásfoka átlagosan 10-40%. Annak ellenére, hogy a leggyakrabban használt szivattyúk hatásfoka a K és KM típusú szivattyúknál 60%, a D típusú szivattyúknál több mint 75% között mozog.

A szivattyúberendezések nem hatékony használatának fő okai a következők:

Szivattyúk átméretezése, pl. a szivattyúrendszer működéséhez szükségesnél nagyobb áramlási és nyomásparaméterekkel rendelkező szivattyúk telepítése;

A szivattyú üzemmódjának szabályozása szelepekkel.

A szivattyúk túlméretezésének fő okai a következők:

A tervezési szakaszban a szivattyúberendezéseket tartalékkal helyezik el előre nem látható csúcsterhelések esetén, vagy figyelembe véve a mikrokörzet jövőbeli fejlődését, a termelést stb. Gyakran előfordul, hogy egy ilyen biztonsági tényező elérheti az 50% -ot;

Hálózati paraméterek változása - a tervdokumentációtól való eltérések az építés során, a csövek korróziója üzem közben, a csővezetékszakaszok cseréje a javítás során stb.;

A vízfogyasztás változása a népesség növekedése vagy csökkenése miatt, az ipari vállalkozások számának változása stb.

Mindezek a tényezők azt a tényt eredményezik, hogy a szivattyútelepekre telepített szivattyúk paraméterei nem felelnek meg a rendszer követelményeinek. A szivattyúállomás szükséges paramétereinek biztosítása érdekében az ellátáshoz és a nyomáshoz a rendszerben az üzemeltető szervezetek az áramlás szabályozásához folyamodnak szelepekkel, ami az energiafogyasztás jelentős növekedéséhez vezet mind a szivattyú alacsony hatásfokú zónában történő működése, mind a fojtás közbeni veszteségek.

A szivattyúegységek energiafogyasztásának csökkentésére szolgáló módszerek

Az optimális energiafogyasztás jelentős hatással van a szivattyú életciklusára. A versenyképesség megvalósíthatósági tanulmányának számítása költség módszerrel történik életciklus, amelyet speciális nyugati intézetek fejlesztettek ki.

Az 1. táblázat azokat a főbb módszereket tárgyalja, amelyek a US Hidraulikus Intézet és az Európai Szivattyúgyártók Szövetsége szerint csökkentik a szivattyú energiafogyasztását, és bemutatja a lehetséges megtakarítások nagyságát is.

1. sz. táblázat. Intézkedések az energiafogyasztás csökkentésére és azok potenciális méretére.

Az energiamegtakarítás fő lehetősége abban rejlik, hogy a szivattyú áramlásszabályozását tolószelepre cseréljük. frekvencia vagy kaszkád szabályozás, azaz olyan rendszerek használata, amelyek képesek a szivattyú paramétereit a rendszer követelményeihez igazítani. Az egyik vagy másik szabályozási mód alkalmazásának eldöntésekor figyelembe kell venni, hogy ezen módszerek mindegyikét alkalmazni kell, annak a rendszernek a paramétereitől kezdve, amelyen a szivattyú működik.

Rizs. Három párhuzamosan telepített szivattyú működési módjának kaszkádvezérlése, ha túlnyomórészt statikus komponensű hálózaton működik.

A nagy statikus komponensű rendszerekben a kaszkádvezérlés alkalmazása, pl. A szükséges számú szivattyú csatlakoztatása és leválasztása lehetővé teszi a szivattyúk működési módjának nagy hatékonyságú szabályozását.

A kaszkádrendszerek a vezérlőcsatorna mentén nagy tehetetlenséggel rendelkező objektumok automatizálására szolgálnak, ha lehetséges egy olyan köztes koordináta kiválasztása, amely kevésbé tehetetlen a legveszélyesebb zavarokhoz képest, és ugyanazt a szabályozási műveletet alkalmazzák, mint a fő kimenetnél. az objektumról.

Ebben az esetben a vezérlőrendszer (19. ábra) két szabályozót tartalmaz - a fő (külső) szabályozót R, amely az objektum fő kimenetének stabilizálását szolgálja y,és segéd (belső) szabályozó R 1, amely a segédkoordináta szabályozására szolgál nál nél 1 .A segédvezérlő célja a fővezérlő kimeneti jele.

A szabályozási törvények megválasztását a szabályozók célja határozza meg:

Ahhoz, hogy a fő kimeneti koordinátát egy adott értéken tartsuk statikus hiba nélkül, a fővezérlő szabályozási törvényének tartalmaznia kell egy integrált komponenst;

A segédszabályzónak gyorsan kell reagálnia, így bármilyen szabályozási törvénye lehet.

Az egykörös és a kaszkád ASR-ek összehasonlítása azt mutatja, hogy a kaszkád ASR-ben a belső hurok nagyobb sebessége miatt a tranziens folyamat minősége javul, különösen a vezérlőcsatornán keresztül érkező zavarok kompenzálásakor. Ha a folyamat körülményei szerint a segédváltozót korlátozzák (például a hőmérséklet nem haladhatja meg a megengedett legnagyobb értéket, vagy az áramlási aránynak bizonyos határok között kell lennie), akkor korlátozás vonatkozik a segédváltozóra is. a fővezérlő kimeneti jele, ami a segédvezérlő feladata. Ehhez a szabályozók közé egy telített erősítőrész jellemzőivel rendelkező eszközt kell felszerelni.

Rizs. 19. Kaszkád automata vezérlőrendszer blokkvázlata:

W, W 1 – fő- és segédcsatornák nál nél 1 az objektum ellenőrzött mennyiségei; R, R 1 – fő- és segédszabályzók; х Р, х Р1 – a szabályozók szabályozó hatásai RÉs R 1; ε, ε 1 – a szabályozott mennyiségek aktuális és beállított értéke közötti eltérések nagysága nál nélÉs nál nél 1 ; nál nél 0 – feladat a fővezérlőnek R

Példák hőtechnikai létesítmények kaszkád automatizált vezérlőrendszereire. ábrán. A 20. ábra a hőcserélő kimeneténél a folyadék hőmérsékletének stabilizálására szolgáló kaszkádrendszerre mutat példát, amelyben a segédkör az ASR fűtőgőzáram. A gőznyomás zavara esetén az 1. szabályozó megváltoztatja a szabályozószelep nyitási fokát oly módon, hogy fenntartsa a megadott áramlási sebességet. Ha a készülékben a hőegyensúly megbomlik (például a bemeneti hőmérséklet vagy a folyadék áramlási sebességének változása, gőzentalpia, a környezet hővesztesége miatt), ami a kimeneti hőmérséklet eltéréséhez vezet a beállított értéktől, a 2. hőmérsékletszabályozó az 1. gőzáramlás-szabályozóra állítja a beállítást.

A termikus technológiai folyamatokban a fő- és a segédkoordináták gyakran azonos fizikai természetűek, és ugyanazon technológiai paraméter értékeit jellemzik a rendszer különböző pontjain (21. ábra).

20. ábra. Kaszkád hőmérséklet-szabályozó rendszer (2. tétel) a gőzáramlás-szabályozó feladatának korrekciójával (1. tétel)

Rizs. 21. Kaszkád ASR blokkvázlata egy segédkoordináta mérésével egy közbenső pontban

ábrán. A 22. ábra a folyamat folyamatábrájának egy részletét mutatja, amely magában foglalja a 2 reakciókeverék-melegítőt és az 1. reaktort, valamint a reaktorban lévő hőmérséklet-stabilizáló rendszert.

A gőzáram szabályozási hatása a hőcserélő bemenetére kerül. A két eszközt és csővezetéket magában foglaló vezérlőcsatorna összetett dinamikus rendszer nagy tehetetlenséggel. A létesítményt számos, a rendszer különböző pontjain érkező zavar érinti: gőznyomás és entalpia, a reakcióelegy hőmérséklete és áramlási sebessége, hőveszteség a reaktorban stb. A vezérlőrendszer sebességének növelése érdekében kaszkád ACS A reaktorban a fő szabályozott változó a reaktor hőmérséklete, és a hőcserélő és a reaktor közötti keverék hőmérsékletét választották kiegészítőnek.

Rizs. 22. Kaszkád hőmérséklet-szabályozó rendszer (4. tétel) a reaktorban (1. tétel) a hőmérséklet-szabályozó beállításának korrekciójával (3. tétel) a hőcserélő kimeneténél (2. tétel)

A kaszkád ASR kiszámítása. A kaszkád ASR kiszámítása magában foglalja a fő és a kiegészítő szabályozók beállításainak meghatározását az objektum adott dinamikus jellemzőihez a fő és a segédcsatornák mentén. Mivel a fő és a kiegészítő szabályozó beállításai egymástól függenek, számításuk iterációs módszerrel történik.

Minden iterációs lépésnél egy redukált egyhurkos ASR kerül kiszámításra, amelyben az egyik vezérlő feltételesen egy ekvivalens objektumra hivatkozik. ábra blokkvázlataiból látható. A 23. ábrán a fő szabályozó (23. ábra, a) egyenértékű objektuma egy zárt segédáramkör és a fő vezérlőcsatorna soros csatlakoztatása; átviteli függvénye egyenlő

(93)

Rizs. 23. Egyenértékű egykörös vezérlőrendszer blokkvázlatai fő (a) és kiegészítő (b) szabályozóval: felül - egyenértékű egyáramkörös diagram; lent – ​​a kaszkád ACP átalakítása egykörössé

A 2. segédvezérlő (23. ábra) megfelelő tárgya az párhuzamos kapcsolat segédcsatorna és fő nyílt hurkú rendszer. Átviteli függvénye a következő formában van:

(p)=W 1 (p) – W(p)R(p).(94)

A számítás a fő szabályozóval kezdődik. A módszert olyan esetekben alkalmazzák, amikor a segédcsatorna tehetetlensége sokkal kisebb, mint a főé. Az első lépés az, hogy feltételezzük, hogy működési frekvencia fő áramkör ( ω p) sokkal kisebb, mint a segéd ( ω p1) és at ω=ω р

. (95)

. (96)

Így első közelítésként a beállításokat S 0 fő szabályozó 1 nem függ R1(p)és mellett találhatók W e °(p).

A második lépésben az átviteli funkcióval az egyenértékű objektumra (1) számítjuk ki a segédvezérlő beállításait. W 1 e (p), amelybe behelyettesítik R(p,S°).

Kombinált ACP

Kombinált automatizált vezérlőrendszereket alkalmaznak a jelentős szabályozott zavaroknak kitett objektumok automatizálásában. A rendszereket azért nevezik kombináltnak, mert felépítésükben két szabályozási elvet alkalmaznak: az „eltérés” (Polzunov-elv) és a „zavarás” (Poncelet-elv). A Polzunov-elv szerint épített rendszerek negatív visszacsatolásúak és zárt ciklusban működnek. Zavaró rendszerek (Poncelet) Visszacsatolás nincs nyitott ciklusban, és nem működnek.

Kétféleképpen lehet kombinált automatizált vezérlőrendszereket felépíteni az ábrán látható blokkvázlatokkal. Amint az ezekből a blokkdiagramokból látható, mindkét rendszernek közös jellemzői vannak: két csatorna jelenléte, amelyek befolyásolják az objektum kimeneti koordinátáját, és két vezérlőkör - zárt (az 1-es szabályozón keresztül) ) és nyitva (a 2-es kompenzátoron keresztül ). Az egyetlen különbség az, hogy a második esetben a kompenzátorból származó korrekciós impulzus nem az objektum bemenetére, hanem a szabályozó bemenetére kerül.

Rizs. 24. Kombinált ASR blokkvázlatai kompenzátor kimenetének egy objektum bemenetéhez való csatlakoztatásakor: a – eredeti diagram; b – transzformált diagram; 1 – szabályozó; 2 – kompenzátor

Rizs. 25. Kombinált ASR blokkvázlatai a kompenzátor kimenetének a szabályozó bemenetére történő csatlakoztatásakor: a – eredeti áramkör; b – transzformált diagram; 1 – szabályozó; 2 – kompenzátor

A legerősebb zavaron alapuló korrekciós impulzus bevezetése jelentősen csökkentheti a dinamikus szabályozási hibát, amennyiben a helyes választásés ennek a hatásnak a változási törvényét képező dinamikus eszköz kiszámítása.

A számítás alapja hasonló rendszerek van változatlanság elve: a rendszer kimeneti koordinátájának a megadott értéktől való eltérése minden vezetési vagy zavaró hatás mellett nullával egyenlő.

Az invariancia elvének teljesítéséhez két feltétel szükséges: minden zavaró hatás ideális kompenzációja és a feladat jelének ideális reprodukálása. Nyilvánvaló, hogy az abszolút változatlanság elérése in valódi rendszerek szabályozása szinte lehetetlen. Általában a részleges változatlanságra korlátozódnak a legveszélyesebb zavarok tekintetében. Tekintsük a nyílt hurkú és a kombinált szabályozási rendszerek invarianciájának feltételét egy zavaró hatás tekintetében.

Invariancia feltétel nyílt hurkú és kombinált ASR esetén. Tekintsük egy nyílt hurkú rendszer invariancia feltételét (26. ábra): y(t)= 0.

Rizs. 26. Nyílt hurkú automatikus vezérlőrendszer blokkvázlata

Tovább a Laplace-képekre X B (r)És I(p) jeleket x V (t)És y(t),Írjuk át ezt a feltételt figyelembe véve az objektum átviteli függvényeit a zavarcsatornák mentén WB(p)és szabályozás W Р (p)és kompenzátor RK(p):

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

Zavar jelenlétében[ ] invarianciafeltétel (97) teljesül, ha

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

R k () = -W В ()/W Р ().(99)

Így annak érdekében, hogy a vezérlőrendszer invarianciát biztosítsunk az esetleges zavarokkal szemben, szükség van egy dinamikus kompenzátor felszerelésére, amelynek átviteli függvénye megegyezik az objektum átviteli függvényeinek arányával a zavaró és vezérlő csatornák mentén. ellenkező előjellel.

Levezetjük az invariancia feltételeket a kombinált ASR-ekre. Abban az esetben, ha a kompenzátor jele az objektum bemenetére kerül (lásd 24. ábra, a), szerkezeti séma A kombinált ASR egy nyílt hurkú rendszer és egy zárt hurkú rendszer soros csatlakozásává alakul (lásd 24. ábra, b), amelyek átviteli funkciói rendre megegyeznek:

.

Ebben az esetben az invariancia feltétele (97) a következőképpen írható:

Ha X B (p) 0 és W ZS p), a következő feltételnek kell teljesülnie:

azok. változatlansági feltétel.

Kombinált vezérlőrendszer alkalmazásakor (lásd 25. ábra, a) az invarianciafeltételek származtatása az összefüggésekhez vezet. ( lásd: 25. ábra, b):

(101)

Ha XB(p)0És W ZS (r) , akkor a következő feltételnek kell teljesülnie:

R - (p) = -W B (p) /.(103)

Így a kompenzátor kimenetének a vezérlő bemenetéhez való csatlakoztatásakor a kompenzátor invariancia-feltételből kapott átviteli függvénye nemcsak az objektum, hanem a vezérlő jellemzőitől is függ.

Az invariáns ASR-ek fizikai megvalósíthatóságának feltételei. Az invariáns vezérlőrendszerek felépítése során felmerülő egyik fő probléma a fizikai megvalósíthatóságuk, pl. a (99) vagy (103) feltételeknek megfelelő kompenzátor megvalósíthatósága.

Ellentétben a hagyományos ipari szabályozókkal, amelyek szerkezete adott, és csak a beállításukat kell kiszámítani, a dinamikus kompenzátor szerkezetét teljes mértékben meghatározza az objektum dinamikus jellemzőinek aránya a zavaró és vezérlőcsatornák mentén, és kiderülhet. nagyon összetettnek kell lennie, és ha ezeknek a jellemzőknek az aránya kedvezőtlen, akkor fizikailag lehetetlen.

Az „ideális” kompenzátorok két esetben fizikailag megvalósíthatatlanok:

Ha a tiszta késleltetési idő a vezérlőcsatorna mentén nagyobb, mint a zavarcsatornán keresztül. Ebben az esetben az ideális kompenzátornak tartalmaznia kell egy vezető hivatkozást, mivel ha:

(104)

, (105)

majd figyelembe véve (99):

(106)

Ha a kompenzátor átviteli függvényében a polinom fokszáma a számlálóban nagyobb, mint a nevezőben lévő polinom fokszáma. Ebben az esetben a kompenzátornak ideális megkülönböztető láncszemeket kell tartalmaznia. Ezt az eredményt a zavaró- és vezérlőcsatornákat leíró differenciálegyenletek egy bizonyos arányára kapjuk. Hadd

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

Ahol B in (P), A B (p), V P (p), A P (p)- fokszámú polinomok t V, n B, m PÉs n p Eszerint.

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

Így egy invariáns ASR fizikai megvalósíthatóságának feltétele, hogy a következő összefüggések teljesüljenek:

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

Példa. Tekintsünk egy hőmérséklet-szabályozó rendszert egy kémiai reaktorban keverőberendezéssel, amelyben exoterm reakció megy végbe (27. ábra).

Rizs. 27. Sematikus ábrája vegyi reaktor keverőberendezéssel: 1 – hőmérsékletmérő; 2 – vezérlőszelep; 3 – áramlásmérő

Közelítsük a fő zavaró csatornát - "a reakcióelegy áramlási sebessége - hőmérséklet a reaktorban" - két elsőrendű periodikus kapcsolattal, és a vezérlő csatornát - "hűtőközeg áramlási sebessége - hőmérséklet a reaktorban" - három elsőrendű időszakos link:

, (109)

, (110)

Ahol T 1 , T 2 , T 3 – a reaktor fő hőtartályainak, hőmérőjének és hűtőköpenyének legnagyobb időállandói.

A (99) kifejezéssel konzisztens invariáns vezérlőrendszer felépítéséhez be kell vezetni egy kompenzátort átviteli funkció:

, (111)

ami fizikailag megvalósíthatatlan, hiszen in ebben az esetben a feltétel sérül, és a kompenzátornak ideális megkülönböztető kapcsolatot kell tartalmaznia.

Gyakorlat

A példának megfelelően dolgozzon ki egy vezérlőrendszert egy rektifikáló üzem számára. Kiszámítja , .

Kezdeti adatok.

1. A desztilláló egység diagramja (28. ábra). A berendezés egy desztilláló oszlopból áll NAK NEK, hőcserélő a kezdeti keverék melegítésére T-1, kazán T-2, kondenzátor T-3 és visszafolyó tartály E.

Az oszlop elválasztja a bináris keveréket. Az elválasztott komponensek forráspontjai jelentősen eltérnek egymástól, aminek következtében az oszlop kis lemezszámú és kis magasságú. A zavaró és vezérlő hatások átviteli csatornái mentén viszonylag kicsi a késleltetés és a tehetetlenség. A folyamat fő szabályozott (szabályozott) mennyiségei - a desztillátum és a fenéktermék összetétele (hőmérséklete) között erős belső keresztkapcsolatok vannak.

A desztillációs oszlop tetejét elhagyó gőzáram olyan komponenseket tartalmaz, amelyek a T-3 hőcserélő működési körülményei között nem kondenzálódnak inert gázokká. Az öntözőtartályból kiürülnek fúvás céljából (az üzemanyaghálózatba).

A berendezés működési módja nagy és gyakori zavaroknak van kitéve: az áramlás tekintetében Fés összetétele X F nyersanyagok; a T-I hőcserélőbe és a T-2 kazánba szállított fűtőközeg nyomásával (áramlásával); a T-3 kondenzátorba szállított hűtőközeg nyomásának (áramlásának) megfelelően.

A rektifikációs folyamat „kulcsfontosságú” vezérlői a szabályozó szervek az oszlophoz vezető reflux tápvezetéken NAK NEKés a fűtőközeg tápvezetékei a T-2 kazánhoz.

Rizs. 28. Rektifikáló üzem vázlata

2. Beállítjuk az objektum dinamikus paramétereit: (időállandók T; késések τ; átviteli együttható NAK NEK v) csatornákon keresztül:

A. „P01 szabályozó helyzetének változása – alapanyag felhasználás F» (X R 1 F);

b. „P02 szabályozó helyzetének változása – fűtőközeg fogyasztás F 1" (X R 2 F 1 );

b*. „P02 szabályozó helyzetének változása - nyersanyag hőmérséklet θ F T-1 után (X R 2 θ F);

V. „a szabályozó testület helyzetének változása P03 - a párlat összetétele X D» (X R 3 X D);

d. „a szabályozó helyzetének változása P04 - nyomás R az oszlopban" (X R 4 P);

d. „P05 szabályozó helyzetének változása – szint az oszlopkockában” (X R 5 L);

e. „a szabályozó szerv helyzetének változása P02 * - alapanyag hőmérséklet θ F T-1 után (X R 2* θ F);

és. „a szabályozó szerv álláspontjának változása P04 * - nyomás P az oszlopban" (X R 4* R);

h. „P06 szabályozó helyzetének változása - hőmérséklet az oszlop alján” (X R 6 θ NAK NEK);

z*. „a szabályozó test helyzetének változása PO6 - hőmérséklet θ B az oszlop tetején” (X R 6 θ B);

És. „a szabályozó test helyzetének változása ROZ - hőmérséklet θ B az oszlop tetején" ( X P3 θ B);

És *. „a szabályozó szerv helyzetének változása ROZ - hőmérsékletθ NAK NEK az oszlop alja" (X R 3 θ NAK NEK).

3. Az objektumra ható zavarok nagysága a szabályozó szerv löketének %-ában kifejezve:

a) csatorna X R 1 F(a nyersanyag felhasználás alapján F);

b) csatornák X R 2 F 1 , X Р2 θ F(fűtőközeg nyomásával P 1 és annak hőtartalma q 1);

c) csatorna X R 3 X D(a nyersanyagok összetételétől függően X F);

d) csatorna X P4 P(nyomással R 2 hűtőközeg a T-3 kondenzátorhoz);

d) csatorna X R 5 L(hőtartalom szerint q 2 fűtőközeg a kazánhoz T-2).

4. Meghatározzák a szabályozási folyamat minőségére vonatkozó követelményeket (dinamikus hiba X max, szabályozási idő t P, tranziens folyamatok csillapítási foka ψ , statikus vezérlési hiba x cm).

A feladat 2. tételéhez (a - d.), 3. és 4. ponthoz tartozó kiindulási adatokat a táblázat tartalmazza. 9, a a 2. pontokhoz (f, g, h, i) - a táblázatban. 10 kezdeti adat.

9. táblázat: Az objektum dinamikus paraméterei és a szabályozási folyamat minőségi követelményei

10. táblázat: Az objektum dinamikus paraméterei és a szabályozási folyamat minőségi követelményei

Ellenőrző kérdések

1. Kaszkád ACP a vezérlőáramkörökben technológiai folyamatok. Felépítésük és működésük elvei. Példák kaszkád automatizált vezérlőrendszerekre az iparban és az energetikában.

2. Kombinált automatizált vezérlőrendszerek folyamatirányítási sémákban. Felépítési és működési elvek. A fizikai megvalósíthatóság feltételei. Példák kombinált automatizált vezérlőrendszerekre az iparban és az energetikában.

8. GYAKORLAT (2 óra)

Összetett objektumok esetén használják, ha a j kimeneti paramétert több, nem mérhető zavar érinti. Ebben az esetben egy mérhető j 1 köztes paraméterrel rendelkező objektumot választunk ki, és ezen alapul az objektum szabályozása. Megkapjuk az első vezérlőkört. Ez a vezérlő nem veszi figyelembe az összetett objektumon ható, a j kimeneti paramétert befolyásoló zavarokat. A j paraméter segítségével létrejön a második vezérlőkör. A második kör szabályozója vezérli az első kör szabályozójának működését, oly módon változtatva a feladatát, hogy működése kompenzálja a zavarok hatását a j kimeneti paraméterre. Ez a kaszkádszabályozás jelentése (1. és 2. szabályozási kaszkád).

Rizs. 5.18. A kazándobban lévő vízszintszabályozó rendszer diagramja:

N b – vízszint a kazándobban; D pp – túlhevített gőzfogyasztás (l); W c – tápvíz fogyasztás (m vol); ZD– mutató beállítása (beállítja a szintértéket N b,0); WEC – víztakarékos; PP – túlhevítő

Tekintsük ezt egy összetett objektum vezérlési diagramján, amely három objektum egymás utáni, zavaró kapcsolatából áll (5.19. ábra).

A j 1 köztes paraméter szabályozója állandó és j 1,0 értéken tartására törekszik. Ez az 1. szabályozási kaszkád.

Ez a vezérlő csak az l 1 zavart veszi figyelembe. Az l 2 és l 3 zavarok hatással lesznek a j kimeneti paraméterre. A j szabályozó (2. vezérlőkaszkád) a j paramétert állandó j 0 értéken tartja, mivel a változó feladat feladaton keresztül ( ZPZ) ±Dj 1 értékkel módosítja a feladatot az első körre. Miután megkapta ezt a feladat kiegészítést, a j 1 vezérlő megváltoztatja a j 1 paramétert oly módon, hogy kompenzálja az l 2 és l 3 zavarok hatását a j kimeneti paraméterre. j szabályozó (2. fokozat)úgymond korrigálja az első szabályozó működését (j 1 szerint), tehát azt korrekciós szabályozónak (CR) nevezik.

Rizs. 5.19. Kaszkád vezérlési séma:

ZD– mester; ZPZ– változó referencia generátor; KR – korrekciós szabályozó

A kaszkádvezérlésre példa a hőterhelés elosztása több közös gőzvezetéken működő kazán között (5.20. ábra).

Rizs. 5.20. Közös gőzvezetéken üzemelő kazánok hőterhelésének szabályozása: RSZ – beállított jelszorzó; GKR - fő korrekciós szabályozó

Két kazán látja el a gőzt a gőzvezetékbe áramlási sebességekkel D k1 és D k2. A gőzvezetékből a gőz a turbinákba áramlik T 1 ; T 2 és T 3 kiadásokkal D T1; D T2 és D T3. Ha egyensúlyban van a kazánokból bejövő gőz és a fővezetékből a turbinákba távozó gőz, akkor a gőznyomás a fővezetékben R nem fog változni ( R m,0).

Ha a turbinák elkezdenek több vagy kevesebb gőzt fogyasztani, akkor a fővezetékbe beáramló gőz és a fővezetékről történő áramlás egyensúlya megszakad, és a nyomás R m ki kell igazítani. Ebben a rendszerben a köztes objektumok a kazánok NAK NEK 1 és NAK NEK 2, a köztes paraméterek pedig a kazánok hőterhelései D q 1 és D q2. Ezek alapján hőterhelés-szabályozót építenek ( RTN), amely szabályozza az üzemanyag (gáz) ellátást. Ez az első szabályozási kaszkád.

A szabályozók állandóan tartják a hőterhelést D q 1.0 és D q 2,0, és így a gőzfogyasztás D k1 és D k2. Ha a nyomás a vezetékben R m változni kezd (j paraméter), a nyomásszabályozó működésbe lép R m (ez a 2. kaszkád), amely a nyomáseltéréstől függően ±D R m =( R m - R m,0) jelet generál a kimeneten és a referenciajel szorzón keresztül ( RSZ) szabályozza a kazán hőterhelés szabályozóinak működését ( RTN), megváltoztatva a feladatot ±D értékkel D q. Ennek a jelnek megfelelően a PTH szabályozók megváltoztatják a kazánok tüzelőanyag-ellátását és ezáltal a gőztermelést. D k1 és D k2 oly módon, hogy helyreálljon a nyomás a vezetékben R m.

Abban az esetben, ha ezek a szabályozási módszerek nem adják meg a kívánt eredményt, a zavarok korlátozására mennek.