Kaskadni sustavi automatskog upravljanja (ASR). Kaskadni PID regulator temperature u reaktorskom povratnom hladnjaku Primjer kaskadnog sustava upravljanja

Imajte na umu da jamstvo proizvođača vrijedi samo ako je montažu i puštanje u pogon izvršio zaposlenik specijalizirane organizacije certificirane od strane tvornice Protherm. Istodobno, prisutnost Protherm certifikata ne isključuje potrebu za dodatnim certificiranjem osoblja specijalizirane organizacije u skladu sa zakonodavnim i regulatornim aktima koji su na snazi ​​na području Ruske Federacije koji se odnose na djelokrug djelatnosti ovu organizaciju.

Ispunjavanje jamstvenih obveza propisanih važećim zakonodavstvom u regiji u kojoj je Protherm oprema instalirana provodi prodavač Vašeg uređaja ili s njim povezana organizacija ovlaštena posebnim ugovorom za obavljanje jamstvenih i izvanjamstvenih popravaka Protherm proizvoda . Popravke može izvršiti i organizacija koja je ovlašteni Protherm servis.

Tvrtka koja obavlja jamstvene ili izvanjamstvene popravke opreme Protherm će tijekom jamstvenog roka besplatno otkloniti sve nedostatke koje je utvrdila a koji su nastali krivnjom proizvođača. Posebni uvjeti jamstva i trajanje jamstvenog roka utvrđuju se i dokumentiraju prilikom prodaje i puštanja uređaja u rad. Obratite pozornost na potrebu popunjavanja odjeljka „Informacije o prodaji” koji uključuje serijski broj uređaja, prodajne oznake i odgovarajuće pečate, datume prodaje i potpis prodavatelja u jamstvenim karticama koje se nalaze na poleđini putovnice proizvoda. .

Jamstvo proizvođača ne odnosi se na proizvode čiji su kvarovi uzrokovani oštećenjem tijekom transporta, kršenjem pravila transporta i skladištenja, uporabom rashladnih tekućina protiv smrzavanja, kontaminacijom bilo koje vrste, uključujući soli tvrdoće, smrzavanjem vode, nekvalificiranom montažom i/ili puštanjem u rad, nepoštivanje uputa za montažu i rad opreme i pribora i drugi razlozi koji su izvan kontrole proizvođača, kao i montaža i održavanje uređaja.

Utvrđeni vijek trajanja računa se od trenutka puštanja u rad i naveden je u dokumentaciji priloženoj uz određeni proizvod.

Tvornica Protherm jamči mogućnost kupnje rezervnih dijelova za ovaj proizvod najmanje 8 godina nakon prestanka proizvodnje.

Za Protherm opremu i pribor proizvođač utvrđuje jamstveni rok od 2 godine od datuma puštanja u pogon, ali ne više od 2,5 godine od datuma prodaje krajnjem potrošaču.
Jamstvo na rezervne dijelove je 6 mjeseci od dana prodaje u maloprodaji, pod uvjetom da je rezervne dijelove ugradio ovlašteni Protherm stručnjak.

U slučaju djelomičnog ili potpunog nedostatka informacija o prodaji i/ili puštanju u rad, potvrđenih dokumentima, jamstveni rok se računa od datuma proizvodnje uređaja. Serijski broj proizvoda sadrži podatke o datumu proizvodnje: brojevi 3 i 4 - godina proizvodnje, brojevi 5 i 6 - tjedan u godini proizvodnje.

Organizacija koja je ovlašteni Protherm servisni centar ima pravo odbiti jamstveni popravak krajnjem potrošaču za opremu koju je naručila treća strana ako stručnjak iz ovlaštenog servisnog centra otkrije gore navedene razloge koji isključuju jamstvo proizvođača.

Sl. 1. Struktura kaskadnog PID regulatora temperature u plaštu reaktora

sl.2. Struktura kaskadnog PID regulatora temperature u reaktorskom povratnom hladnjaku

1. Regulatori

Opće točke

– Upravljački podsustav sastoji se od četiri PID regulatora, koji tvore dvije regulacijske kaskade (Sl. 1., Sl. 2.);

– Upravljanje glavnim i podređenim regulatorom (promjena načina rada i postavke) uvijek je dopušteno, bez obzira radi li reaktor ili ne, kako iz mnemotehničkog dijagrama „Status instalacije“ tako i iz prozora regulatora;

Redundancija regulatora

– Kako bi se povećala pouzdanost, sustav ima redundantne regulatore. Glavni je softverski kontroler, rezervni je hardverski (SIPART DR22).

– Promjena koeficijenata hardverskog regulatora (koeficijent prijenosa, vremenska konstanta integracije i vremenska konstanta diferenciranja) u skladu s postavkama softverskog regulatora vrši se klikom na gumb "Primijeni" u prozoru postavki softverskog regulatora;

Struktura softverskog kontrolera

Struktura softverskog kontrolera prikazana je na sl.1, sl.2.

Kontrola regulatora

– Sva četiri regulatora reaktora upravljaju se iz prozora regulatora ili iz mimičkog dijagrama "Status instalacije". Izgled prozora prikazan je na sl. 1., sl. 2.

– Za svaki od četiri reaktorska regulatora postoji zasebni prozor, koji ima dva oblika: glavni je „prozor za upravljanje regulatorom“, a pomoćni je „prozor za postavke regulatora“. Prebacivanje između ovih oblika vrši se pritiskom na gumbe ili u gornjem desnom dijelu prozora.

– Pritiskom na tipku “RAMP” (dostupno samo na prozoru vodećeg regulatora za hladnjak) otvara se prozor za podešavanje rampe i upravljanje (vidi sl. 2.).

– Sama rampa je linearna promjena referentne temperature od vrijednosti „početne vrijednosti” do vrijednosti „konačne vrijednosti” tijekom „vremena prijelaza”;

– Prozor za postavljanje i kontrolu rampe dizajniran je za praćenje napretka rampe, a operateru također pruža mogućnost upravljanja rampom;

– U početnom stanju, kada je rampa neaktivna, tipka “Stop” je pritisnuta, tipke “Start” i “Pauza” su otpuštene, tipka “Pauza” je nedostupna, “Final value” i “Transition time” polja su dostupna za unos, u polju “Initial value” prikazana je trenutna vrijednost temperature, u poljima “Elapsed time” i “Remaining time” – nula;

– Kada je rampa aktivna, tipke “Stop” i “Pauza” su otpuštene, tipka “Start” je pritisnuta, tipka “Pauza” je dostupna, sva polja su nedostupna za unos.

Polje "Inicijalna vrijednost" prikazuje vrijednost temperature od koje je počela glatka promjena postavki regulatora nakon pritiska na tipku "Start" ili pokretanja sustava rampe.

Polje Krajnja vrijednost prikazuje referentnu vrijednost regulatora koja će biti postavljena nakon dovršetka rampe.

Polje "Vrijeme prijelaza" prikazuje ukupno vrijeme rampe, polje "Elapsed Time" prikazuje proteklo vrijeme rampe, a polje "Remaining Time" prikazuje preostalo vrijeme rampe;

– Nakon isteka vremena “Transition time”, postavka regulatora je jednaka vrijednosti “Final value”, polja za unos i tipke se vraćaju u početno stanje;

Izvođenje rampe od strane operatera

– Sustav ima mogućnost izvođenja rampe na naredbu operatera s postavkama koje je odredio operater;

– Prije pokretanja rampe operater unosi tražene vrijednosti u polja „Krajnja vrijednost” i „Vrijeme prijelaza”;

– Od početka faze polimerizacije do početka prvog planiranog dodatnog doziranja vode operateru u polje „Konačna vrijednost“ zabranjeno je unositi vrijednost veću od trenutne temperature u reaktoru.

Ako je reaktor u radu, prije početka faze polimerizacije i od trenutka kada započne prvo planirano dodatno doziranje vode, polja za unos u postavkama rampe i prozoru za upravljanje nisu dostupna operateru za unos, gumbi za kontrolu rampe nisu dostupni operateru za pritiskanje.

Ako reaktor nije u pogonu, polja za unos u postavkama rampe i upravljačkom prozoru dostupna su za unos od strane operatera, gumbi za kontrolu rampe dostupni su za pritiskanje operatera;

– Za pokretanje rampe rukovatelj pritišće tipku “Start”, dok je tipka “Stop” pritisnuta;

– Tijekom rampe, izlazno polje “Initial value” prikazuje temperaturnu vrijednost od koje je započela glatka promjena postavki regulatora nakon pritiska na tipku “Start”;

– Ako tijekom rampe trebate promijeniti njegove parametre (konačnu vrijednost ili vrijeme prijelaza), morate pritisnuti tipku "Pauza". U tom slučaju tipka “Start” ostaje pritisnuta, tipka “Stop” ostaje pritisnuta, a polja za unos “Final value” i “Transition time” dostupna su za unos. Mijenjanje postavki kontrolera potprogramom RAMP i brojanje proteklog vremena u polju "Proteklo vrijeme" bit će privremeno obustavljeno;

– Nakon što se novi parametri rampe unesu u polja za unos, operater pritisne tipku „Pauza“, vrijednost u izlaznom polju „Preostalo vrijeme“ automatski se ponovno izračunava i proces glatke izmjene zadatka s novim parametrima i odbrojavanjem vrijeme rampe u polju "Proteklo vrijeme" se nastavlja;

– Nova vrijednost u polju “Preostalo vrijeme” izračunava se na sljedeći način: . Ako je rampa prije pritiska na gumb "Pauza" trajala dulje od onoga što je uneseno u polje "Vrijeme prijelaza" tijekom pauze, tada se preostalo vrijeme uzima jednako nuli, postavka regulatora postavlja se jednako vrijednosti u "Konačnom polje vrijednosti";

– U dva slučaja: pritiskom na tipku “Start” i pritiskom na tipku “Pauza” zadatak za vodeći regulator u plaštu postavlja se na jedan stupanj manji od “Konačne vrijednosti” rampe;

Djelovanje regulatora

– Sva četiri reaktorska regulatora imaju dva načina rada: ručni i automatski. U ručnom načinu rada, povratna veza je otvorena, PID algoritam ne radi, operater i sustav imaju mogućnost mijenjanja upravljačkog djelovanja na ventilu. U automatskom načinu rada, povratna veza je zatvorena, PID algoritam radi, operater i sustav imaju mogućnost mijenjanja ciljne temperature;

– Četiri reaktorska regulatora spojena su u dva kaskadna upravljačka kruga, od kojih svaki ima glavni i podređeni regulator. Kaskada se smatra zatvorenom ako su podređeni i glavni regulatori u automatskom načinu rada;

– Glavni regulator ne može biti u automatskom načinu upravljanja ako je podređeni u ručnom načinu rada. Ako operater ili sustav prebaci podređeni regulator u ručni način rada, glavni će se također prebaciti u ručni način rada i kaskada se otvara. Ako operater ili sustav prebaci podređeni regulator u automatski način rada, glavni način se ne mijenja (ostaje u ručnom), kaskada ostaje otvorena. Glavni regulator se može prebaciti u automatski način samo ako je podređeni u automatskom načinu rada;

– Kada je glavni regulator uključen u automatskom načinu rada, zatvaranje kaskade bez udara osigurano je prednamještanjem upravljačkog djelovanja glavnog regulatora jednakog zadatku pomoćnog regulatora.

Izum se odnosi na područje automatskog upravljanja. Tehnički rezultat sastoji se u povećanju brzine i smanjenju prekoračenja pri promjeni parametara objekta ili opterećenja, kao i pojednostavljenju postupka izračunavanja postavki parametara regulatora. Tehnički rezultat postiže se činjenicom da se u unutarnjem krugu koristi adaptivni regulator s tri položaja s prosječnom pozicijom ovisno o opterećenju objekta. Osim toga, na temelju rezultata rada unutarnjeg regulatora petlje, upravljačko djelovanje unutarnjeg ili vanjskog regulatora povezuje se s objektom pomoću upravljačkog uređaja. Kada pomoćni parametar napusti referentnu zonu, interna kontrolna petlja radi, a kada se vrati u zonu, vanjska se uključuje, a unutarnja petlja se isključuje. U ovom slučaju integralnu komponentu izlaznog signala vanjskog regulatora formira unutarnji regulator i jednaka je vrijednosti signala srednjeg položaja tropoložajnog regulatora u trenutku isključenja unutarnjeg strujnog kruga. Prijelaz bez udara na rad vanjskog regulatora i formiranje snažnog relejnog regulacijskog djelovanja u unutarnjoj petlji osigurava višu kvalitetu regulacije glavnog parametra. Vremenski neovisan rad vanjskih i unutarnjih krugova omogućuje korištenje dobro poznatih inženjerskih metoda za proračun postavki regulatora u sustavima s jednim krugom. 2 ilustr.

Predloženi uređaj odnosi se na područje automatskog upravljanja i može se koristiti u sustavima automatskog upravljanja za objekte s raspodijeljenim parametrima ili koji imaju najmanje dva podesiva parametra i jedno kontrolno djelovanje. Tradicionalni kaskadni kontrolni krug ima strukturu prikazanu na sl. 1. Objekt tehnološkog upravljanja (TOU) ima dva podesiva parametra: glavni Y1, jer je on cilj regulacije, i pomoćni Y2, koji služi za poboljšanje kvalitete regulacije glavnog parametra. Regulacija glavnog parametra-Y1 provodi se vanjskim krugom, koji uključuje ulazni naredbeni signal zgrade Y1, vanjski (vodeći, ispravljajući) regulator R1 i funkcionalne blokove O max i O min, koji ograničavaju izlazni signal vanjskog regulator odozgo prema dolje. Pomoćni parametar Y2 regulira se internim krugom koji uključuje interni (podređeni, stabilizirajući) regulator R2. Za njega je komandni signal Y2 regulacijski utjecaj vanjskog regulatora koji je glavni u odnosu na unutarnji (slave) regulator. Potonji, R2, generira kontrolno djelovanje na objekt preko aktuatora (AD) na ulazu koji je zajednički i glavnom parametru, Y1, i pomoćnom parametru, Y2. Signale o glavnim i pomoćnim parametrima vanjskih i unutarnjih krugova generiraju senzori D1, odnosno D2, i dostavljaju za usporedbu sa signalima zadatka Y1 zgrada i Y2 zgrada na elemente usporedbe ES1 odnosno ES2. Uvjet izvedivosti (učinkovitosti) ovakvih kaskadnih sustava je manja tromost objekta duž kanala pomoćnog parametra Y2 u odnosu na glavni Y1. Poznata je metoda za kaskadno upravljanje temperaturom u reaktoru s korekcijom zadane vrijednosti regulatora temperature na izlazu iz izmjenjivača topline (vidi Automatsko upravljanje u kemijskoj industriji: Udžbenik za sveučilišta. Uredio E.G. Dudnikov. - M.: Kemija , 1987, str. 42 - 43, sl. 1.22). U ovoj metodi, unutarnji krug je automatski sustav kontrole temperature na izlazu iz izmjenjivača topline, a vanjski krug je temperatura u reaktoru. Regulacijski učinak - protok pare se dovodi na ulaz izmjenjivača topline. Upravljački kanal, koji uključuje dva uređaja (izmjenjivač topline i reaktor) i cjevovode, složen je sustav visoke inercije. Na objekt utječu brojne smetnje koje dolaze na različite točke sustava - tlak pare i entalpija, temperatura i brzina protoka reakcijske smjese, gubitak topline u reaktoru itd. p. Kada dođe do poremećaja u tlaku pare, unutarnji regulator kruga mijenja stupanj otvaranja regulacijskog ventila na takav način da održava zadanu temperaturu na izlazu iz izmjenjivača topline. Kada dođe do poremećaja u brzini protoka reakcijske smjese, dolazi do temperature u reaktoru i, kao posljedica toga, postavlja se regulator temperature izmjenjivača topline, koji će opet promijeniti stupanj otvaranja kontrolnog ventila prema vraćanju temperatura u reaktoru i izmjenjivaču topline. Ovisno o zahtjevima za točnost regulacije glavnog parametra, u vanjskoj petlji koriste se astatički (I, PI) regulatori, au unutarnjoj petlji statički brzi, obično P- ili PD-regulator. Nedostatak takvih kaskadnih sustava upravljanja je uporaba regulatora analognog tipa i povezana komplikacija sklopnih rješenja - uključivanje posebnih funkcionalnih blokova koji ograničavaju korekcijski signal vanjskog (vodećeg) regulatora odozgo i odozdo. Zbog toga se razmatrani kaskadni sustavi upravljanja, pri promjeni parametara kontroliranog objekta ili opterećenja, odlikuju relativno niskim performansama i velikim prekoračenjem u dinamici, tj. nedovoljna kvaliteta regulacije. Još jedan nedostatak takvih kaskadnih sustava je složenost izračuna parametara podešavanja regulatora, uzrokovana potrebom korištenja iterativnih postupaka za svaki sklop posebno (pri podešavanju jednog regulatora, drugi sadrži još uvijek nedefinirane optimalne parametre). Svrha izuma je povećati radni učinak i smanjiti preregulaciju pri promjeni parametara objekata ili opterećenja, kao i pojednostaviti postupak proračuna postavki parametara regulatora. Zadatak se postiže postavljanjem signala za postavljanje gornje Y2"" i donje Y2" dopuštene vrijednosti pomoćnog parametra za regulator unutarnje petlje i određivanjem, u zadanom intervalu, pogreške neusklađenosti E1 za astatički vanjski regulator petlje, djelujući preko aktuatora na objekt u ovom intervalu koristeći analogni signal određen regulacijom ovog vanjskog regulatora kada pomoćni parametar napusti zonu podešavanja Y2.< Y2 < Y2"" с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно отключают от объекта управляющее воздействие внешнего астатического регулятора, формируя и сохраняя при этом его интегральную составляющую равную значению сигнала средней позиции трехпозиционного адаптивного регулятора, используемого в качестве регулятора внутреннего контура (см. авт. св. N 675399. Пневматический регулятор. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И. Бюл. 27 от 28.07.79). При возврате вспомогательного параметра в заданную зону одновременно отключают управляющее воздействие внутреннего регулятора и включают управляющее воздействие внешнего регулятора. Таким образом, при каждом выходе вспомогательного параметра из заданной зоны, управляющее воздействие на объект формируется лишь во внутреннем контуре, а при возврате его в заданную зону управляющее воздействие на объект формирует регулятор внешнего контура, обеспечивая стабилизацию основного параметра с заданной точностью. Иначе, в каждый момент времени объектом управляет лишь один из регуляторов: внутренний, если вспомогательный параметр Y2 вышел из зоны нечувствительности внутреннего регулятора, или внешний, когда Y2 находится в зоне. Управление работой регуляторов ведется по вспомогательному параметру Y2 (точнее по сигналу рассогласования E2 между Y2 и сигналами задания Y2" и Y2""), который в этом плане становится ведущим параметром объекта, т.е. параметром, который определяет логику работы управляющего устройства регуляторов, формирующего соответствующие управляющие воздействия на регуляторы, по сигналу рассогласования E2. Обеспечивая единовременную работу либо внешнего либо внутреннего регулятора, т.е. автономность работы внешнего и внутреннего контуров системы каскадного регулирования, благодаря их логическому переключению посредством управляющего устройства, отпадает необходимость в проведении сложной итерационной процедуры расчета настроек регуляторов, и появляется возможность использовать известные методы расчета одноконтурных систем аналогового и позиционного действия (см., например, Магергут В.З., Вент Д.П., Кацер И.А. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов. Новомосковск, НФ РХТУ, 1994. 158 с.). Применение во внутреннем контуре адаптивного трехпозиционного способа регулирования с подстраиваемой к нагрузке объекта средней позицией (см. авт. св. N 458812. Способ автоматического трехпозиционного регулирования. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И., Беляев Ю.В. Бюл. 4 от 30.01.75) позволяет, с одной стороны, формировать мощное релейное управляющее воздействие, приводящее к увеличению быстродействия системы регулирования и уменьшению перерегулирования основного параметра, а, с другой стороны, обеспечить в это же время нахождение управляющего воздействия примерно соответствующего значению нагрузки и осуществлять благодаря слежению за этим значением интегральной составляющей внешнего контура, безударное переключение управляющего воздействия внешнего регулятора на это значение при его подключении к объекту. Регулятор внутреннего контура дает задание регулятору внешнего контура, причем не по заданию, а по выходному сигналу его интегральной составляющей, обеспечивая тем самым безударность включения внешнего регулятора в момент вхождения вспомогательного параметра объекта Y2 в зону нечувствительности внутреннего регулятора и точную настройку управляющего воздействия на значение нагрузки объекта. Иначе, в предлагаемом способе уже внутренний регулятор становится как бы ведущим по отношению к внешнему регулятору, ставшему ведомым. Таким образом, предложен способ каскадного автоматического регулирования путем измерения вспомогательного параметра объекта и стабилизации его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерения основного параметра объекта и стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, отличающийся тем, что устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура; при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура. Предлагаемый способ иллюстрируется функциональной схемой, приведенной на фиг. 2. Схема содержит технологический объект управления 1, регулятор внешнего контура регулирования 2 и задатчик 3, блок сравнения 4, регулятор внутреннего контура 5, задатчики верхнего и нижнего уровня 6 и 7 соответственно, блок сравнения 8, устройство управления 9, исполнительное устройство 11, 12 основного и вспомогательного параметров соответственно. Способ каскадного автоматического регулирования осуществляется следующим образом. Непрерывно измеряют с помощью датчика 11 параметр Y1 и стабилизируют его с помощью автоматического регулятора 2 по астатическому закону с воздействием на исполнительное устройство 10. Датчиком 12 непрерывно измеряют вспомогательный параметр Y2 и с помощью задатчиков 6 и 7 формируют величину задания верхнего и нижнего уровня этого параметра. С помощью трехпозиционного адаптивного регулятора 5 автоматически поддерживают значение этого параметра в заданном интервале, воздействуя на исполнительное устройство 10. Устройство управления 9 непрерывно измеряют ошибку рассогласования E2 внутреннего контура регулирования и в зависимости от величины и знака этой ошибки включает регулирующее воздействие, поступающее либо с внутреннего, либо с внешнего регулятора. При выходе вспомогательного параметра из зоны задания с выхода регулятора внутреннего контура 5 на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно устройство управления 9 отключает управляющее воздействие внешнего астатического регулятора 2, формируя и сохраняя его интегральную составляющую на уровне значения средней позиции выходного сигнала трехпозиционного адаптивного регулятора 5. Поскольку в предлагаемом способе каскадного автоматического регулирования регуляторы внешнего и внутреннего контуров работают равномерно, то на период отключения регулятора 2 внешнего контура от исполнительного устройства 10 канал связи между выходами регулятора 5 и 2 используют для подачи сигнала средней позиции адаптивного регулятора 5 в регулятор 2 для формирования в нем интегральной составляющей, равной сигналу средней позиции регулятора 5. Таким образом, по каналу, помеченному разнонаправленными стрелками, сигнал проходит то с выхода регулятора 2 к исполнительному устройству 10, то от регулятора 5 (со звена формирования средней позиции) к регулятору 2 (в интегральную составляющую регулятора). Рассмотрим применение данного способа для различных известных систем каскадного регулирования. Так для способа-аналога - каскадное регулирование температуры в реакторе - он сводится к следующему: основным параметром объекта регулирования является температура Т р в реакторе, а вспомогательным температура Т т на выходе теплообменника. Для последней устанавливают два значения ее задания - больше номинального Т т "" и меньше Т т ". Для реактора устанавливают заданное значение температуры Т рзд и поддерживают ее обычным ПИ-регулятором по одноконтурной системе регулирования. При отклонении температуры реактор Т р от задания одновременно отклоняется от номинала и температура Т т на выходе из теплообменника, причем, выбег последней за пределы зоны, т.е. за значения Т т "" или Т т " происходит быстрее, чем произойдет отклонение Т р от Т рзд на величину требуемой точности регулирования (из-за меньшей инерционности объекта по каналу: температура на выходе теплообменника Т т -управляющее воздействие Gn по пару и соответствующего выбора значений Т т "" и Т т ". Происходит срабатывание адаптивного позиционного регулятора и формирование им релейного управляющего воздействия на объект по Gn (верхнего Gn"" или нижнего Gn", направленного на возврат Т т в зону, к Т рзд. Одновременно позиционным воздействием на объект происходит формирование нового значения средней позиции этого регулятора Gn ср, соответствующего новому значению нагрузки объекта или эквивалентному ей изменению его параметров. Это новое значение отслеживается в интегральной части ПИ-регулятора, который при управлении объектом посредством внутреннего адаптивного позиционного регулятора отключен от управления объектом. При вхождении Т т в зону за счет мощного и быстрого позиционного управляющего воздействия (затем, что оно будет мощнее и быстрее воздействия даже ПД-регулятора, используемого в способе прототипа) происходит переключение на новое значение Gn ср как в регуляторе внутреннего контура, так и в подключаемом к управлению объектом вместо него ПИ-регуляторе, т.е. управление объектом начинается с нового значения управляющего воздействия, равновесного (или близкого) к новому значению нагрузки. Последнее, наряду с быстрым возвратом Т т в зону, а Т р к Т рзд, также обеспечивает повышение качества регулирования по предлагаемому способу. Рассмотрим второй пример применения способа для автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки по авт. св. N 971395. Магергут В.З., Бебелис В.Я., Масленников И.М., Бюл. 41 от 07.11.82. Объектом является дефлегматор, в котором необходимо поддерживать температуру Т д на его выходе (основной параметр). Для повышения точности предложен традиционный способ каскадного регулирования, в котором в качестве вспомогательного параметра используется Р д внизу дефлегматора, т.е. на его входе. Управляющим воздействием является расход хладоагента Gx в дефлегматор. Для увеличения эффективности работы этой системы также можно использовать предлагаемый нами способ. Для внутреннего контура на базе адаптивного позиционного регулирования потребуется задать два значения давления на входе в дефлегматор: Р д "" и Р д " - соответственно больше и меньше номинального. Работать способ будет аналогично рассмотренному для объекта первого примера. Улучшение качества регулирования будет достигнуто как за счет большого быстродействия и более мощного воздействия внутреннего контура, так и нахождения одновременно с этим воздействием нового равновесного значения управляющего воздействия, соответствующего новому значению адаптивной средней позиции внутреннего регулятора. За счет автономности работы каждого из контуров регулирования (внешнего и внутреннего) настройка регуляторов как в первом, так и во втором примерах, естественно будет проще, чем для прототипа. Аналогичным образом быть видоизменены и все другие применяющиеся в промышленности системы автоматического каскадного регулирования, имеющие два регулируемых параметра (основного и вспомогательного) при одном управляющем воздействии при дополнительном условии, чтобы управляющее воздействие не являлось одновременно и вспомогательным параметром. В настоящее время авторы занимаются внедрением предлагаемого способа на ряде предприятий Тульской и Рязанской областей: АО "ОРГСИНТЕЗ" и НАК "АЗОТ", АООТ "Ключанский спиртзавод", причем, как путем замены существующих способов автоматического каскадного регулирования, так и самостоятельного внедрения предлагаемого способа для ряда объектов, со всеми вытекающими экономическими эффектами.

Teme obrađene na predavanju:

1. Što je ekvivalentni objekt u kaskadnom ACS-u.

2. Objašnjenje učinkovitosti kaskadnih automatiziranih sustava upravljanja.

3. Metode za izračunavanje kaskadnih ASR.

4. Izračun ASR s dodatnim impulsom na temelju derivacije.

Kaskadni sustavi upravljanja su oni sustavi u kojima se izlazni signal jednog od regulatora šalje kao zadatak drugom. Glavni i pomoćni parametri objekta dostavljaju se redom u obliku ulaznih signala ovim regulatorima. U ovom slučaju samo glavni regulator ima neovisnu postavku. Izlazni signal pomoćnog regulatora dovodi se kao regulatorni utjecaj na objekt. Tipično, pomoćna zatvorena petlja upravljanja, formirana od dijela objekta velike brzine i pomoćnog regulatora, nalazi se unutar glavne petlje upravljanja. Slika 1.8.1 prikazuje dijagram kaskadnog sustava upravljanja. Kaskadni sustavi upravljanja pružaju:

1) brza kompenzacija smetnji koje utječu na pomoćnu regulacijsku petlju, zbog čega te smetnje ne uzrokuju odstupanje glavnog parametra od zadane vrijednosti;

1 – glavni regulator; 2 – pomoćni regulator; 3, 4 – brzo – i sporodjelujući dijelovi predmeta

Slika 1 - Kaskadna shema upravljanja

2) značajno smanjenje faznog pomaka u brzom dijelu objekta zbog formiranja pomoćne regulacijske petlje, što povećava performanse glavne petlje;

3) kompenzacija promjena koeficijenta prijenosa brzog dijela objekta promjenom koeficijenta prijenosa pomoćne regulacijske petlje;

4) potrebna opskrba predmeta materijom ili energijom

Stoga je preporučljivo koristiti sustave kaskadnog upravljanja u slučajevima kada je potrebno održavati kontrolirani parametar na zadanoj vrijednosti s visokim stupnjem točnosti, kao i kada objekt ima vrlo veliko kašnjenje. Pomoćna upravljačka petlja može se, na primjer, zatvoriti oko integrirajućeg elementa objekta kako bi se prevladalo vlastito kašnjenje. Protok se može koristiti kao pomoćna varijabla, budući da su zbog brzine regulacijske petlje ovog parametra spriječena značajna odstupanja glavne regulirane varijable.

Za izradu kaskadnog sustava upravljanja potrebno je prvo identificirati prihvatljivu međuvarijablu, što je u nekim slučajevima prilično teško.

Sustavi kaskadne kontrole protoka koriste se za kontinuiranu opskrbu tvari u ili iz objekta. Obično se kontrola protoka provodi promjenom tlaka zraka koji se dovodi do ventila s nelinearnom karakteristikom. Ako se u ovom slučaju mjerenje trenutne vrijednosti parametra provodi metodom diferencijalnog promjenjivog tlaka (u kojoj izlazni signal senzora nelinearno ovisi o brzini protoka), tada se obje nelinearnosti međusobno kompenziraju.

Korištenje metode promjenjivog diferencijalnog tlaka u pomoćnom krugu za kontrolu procesa izmjene topline ili miješanja može dovesti do dodatnih poteškoća. Pretpostavimo da je kontrolirani parametar objekta linearan u odnosu na protok. Izlazni signal glavnog regulatora proporcionalan je padu tlaka, koji izravno varira s kvadratom brzine protoka. Posljedično, pojačanje petlje će varirati obrnuto s brzinom protoka. Međutim, mnoge procese treba regulirati u trenutku pokretanja; Osim toga, često je potrebno dugo vremena održavati niske protoke u objektu, što je prilično teško. Ako glavni regulator nije prebačen na ručno upravljanje, tada će se pojaviti neprigušene oscilacije u regulacijskoj petlji blizu nultog protoka. Kako se to ne bi dogodilo, preporučljivo je uključiti uređaj za vađenje kvadratnih korijena u mjerni vod protoka kako bi se linearizirao pomoćni krug.

Period oscilacije petlje za regulaciju protoka obično je nekoliko sekundi. Stoga se protok ne koristi kao glavni parametar u kaskadnim shemama pri reguliranju procesa prijenosa topline ili miješanja.

Pri regulaciji razine kipućih tekućina ili kondenziranih para koriste se kaskadni sustavi upravljanja s korekcijom protoka. U takvim je sustavima period vlastitih oscilacija glavnog kruga veći od perioda osciliranja kruga regulacije protoka.

Kaskadni sustavi kontrole temperature koriste se prilično široko. Prilikom izvođenja kemijskih reakcija, kako bi se postigla kontrola visoke kvalitete, izlazni signal regulatora temperature reaktora obično se šalje u komoru za podešavanje regulatora temperature rashladne tekućine, tj. kaskadni kontrolni krug temperature rashladne tekućine na temelju temperature reaktora. koristi se. Intenzitet izmjene topline ovisi o razlici temperature između tvari koje reagiraju i rashladnog sredstva, stoga trenutna vrijednost temperature rashladnog sredstva utječe na proces.

Na rad regulacijskog sustava utječu nelinearnosti i fazni pomaci pomoćne regulacijske petlje. Budući da u takvom sustavu proporcionalni raspon pomoćnog regulatora temperature obično ne prelazi 25%, može se zanemariti učinak astatičke komponente ovog regulatora.

Lagano prekoračenje temperature rashladnog sredstva nema veliki utjecaj na rad sustava, budući da astatička komponenta uvijek djeluje u glavnom krugu. Prisutnost astatičke komponente u pomoćnom krugu samo bi malo smanjila brzinu promjene temperature. Pri regulaciji temperature rashladne tekućine u šaržnom reaktoru ne koristi se astatička komponenta. Tipično, pri projektiranju kaskadnih regulacijskih sustava, glavni zadatak je odrediti omjer prirodnih oscilacijskih perioda glavne i pomoćne regulacijske petlje temperature. Ako se ista metoda mjerenja koristi u oba kruga, tada je odnos između prirodnih perioda krugova linearan i, prema tome, koeficijent prijenosa glavnog kruga bit će konstantan.

Proračun kaskadne ASR uključuje određivanje postavki glavnog i pomoćnih regulatora za zadane dinamičke karakteristike objekta duž glavnog i pomoćnih kanala. Budući da su postavke glavnog i pomoćnog regulatora međusobno ovisne, izračunavaju se iteracijskom metodom.

U svakom iteracijskom koraku izračunava se smanjeni ASR s jednom petljom, u kojem se jedan od regulatora uvjetno odnosi na ekvivalentni objekt.

Ekvivalentni objekt za glavni regulator je serijski spoj zatvorene pomoćne petlje i glavnog upravljačkog kanala.

W E (p) = [- R 1 (p) / 1 – W(p)*R 1 (p) ]* W(p), (1)

gdje je R 1 (p) prijenosna funkcija pomoćnog regulatora,

W(p) = W 1 (p) * W 2 (p) – prijenosna funkcija objekta

Ekvivalentni objekt za pomoćni regulator je paralelna veza pomoćnog kanala i glavnog sustava otvorene petlje.

W E 1 (p) = W 1 (p) – W(p)*R (p), (2)

gdje je R (p) prijenosna funkcija glavnog regulatora

Ovisno o prvom koraku iteracije, razlikuju se dvije metode za izračunavanje kaskadnih ACP-ova.

1. metoda. Izračun počinje s glavnim regulatorom. Metoda se koristi u slučajevima kada je inercija pomoćnog kanala mnogo manja od inercije glavnog. U prvom koraku pretpostavlja se da je radna frekvencija glavnog kruga mnogo niža od pomoćnog kruga. I onda:

W E (p) = W 2 (p). (3)

U drugom koraku izračunavaju se postavke pomoćnog regulatora za ekvivalentni objekt.

U slučaju približnih izračuna, prva dva koraka su ograničena. Za precizne izračune, oni se nastavljaju sve dok se postavke regulatora pronađene u dvije uzastopne iteracije ne podudaraju sa specificiranom točnošću.

2. metoda. Izračun počinje s pomoćnim regulatorom. Prvi korak pretpostavlja da je vanjski regulator onemogućen. Dakle, kao prva aproksimacija, postavke pomoćnog regulatora nalaze se korištenjem ACP-a s jednim krugom za pomoćni kontrolni kanal iz izraza:

W E 1 (p) = W 1 (p). (4)

U drugom koraku izračunavaju se postavke glavnog regulatora korištenjem prijenosne funkcije ekvivalentnog objekta. Kako bi se pojasnile postavke pomoćnog regulatora, izračun se provodi pomoću prijenosne funkcije. Proračuni se provode sve dok se postavke pomoćnog regulatora, pronađene u dvije uzastopne iteracije, ne podudaraju sa specificiranom točnošću.

ASR s dodatnim impulsom na temelju derivacije iz međutočke .

Takvi se sustavi obično koriste u automatizaciji objekata u kojima je kontrolirani tehnološki parametar (na primjer, temperatura ili sastav) raspoređen duž prostorne koordinate (kao u uređajima stupnog ili cjevastog tipa). Osobitost ovakvih objekata je u tome što je glavna kontrolirana koordinata tehnološki parametar na izlazu iz aparata, smetnje su raspoređene po duljini aparata, a regulacijski učinak se primjenjuje na njegov ulaz. Istodobno, sustavi automatske regulacije zatvorene petlje s jednim krugom ne pružaju potrebnu kvalitetu prijelaznih procesa zbog velike inercije regulacijskog kanala.

Primjena dodatnog impulsa na ulaz regulatora iz međutočke uređaja daje vodeći signal, a regulator počinje s radom prije nego što izlazna koordinata odstupi od zadane vrijednosti.

Kako bi se osigurala regulacija bez statičke pogreške, potrebno je da dodatni impuls nestane u stacionarnim stanjima. U tu svrhu se pomoćna koordinata propušta kroz stvarni diferencirajući link, tako da je ulazni signal regulatora jednak e=y+y’ 1 –y 0 (slika 1.9.1a). U stabilnim stanjima, kada je y’ 1 =0, kada je e=0, y=y 0.

a – izvorni dijagram; b – pretvoren u kaskadni ASR krug

Slika 2 - Blok dijagrami ASR s dodatnim impulsom na temelju derivacije iz međutočke

Učinkovitost uvođenja dodatnog impulsa ovisi o točki njegovog odabira. Izbor potonjeg određen je u svakom konkretnom slučaju dinamičkim svojstvima objekta i njegovim radnim uvjetima. Dakle, mjerenje y 1 na početku aparata je ekvivalentno dodatnom impulsu zbog poremećaja koji stiže kroz kontrolni kanal. U ovom slučaju diferencijacijski uređaj igra ulogu dinamičkog kompenzatora smetnji. Mjerenje y 1 na izlazu objekta (y 1 =y) je ekvivalentno uvođenju derivacije glavne koordinate. Za svaki objekt možete odabrati optimalno mjesto za odabir dodatnog impulsa, na kojem je kvaliteta regulacije najbolja.

Proračun takvih sustava upravljanja sličan je proračunu kaskadnih ASR nakon odgovarajućih transformacija. U prikazanoj kaskadi ASR na slici 2 b ulogu vanjskog regulatora ima veza s prijenosnom funkcijom R d -1 (p), a unutarnje serijski spojeni regulator i diferencijator, tako da prijenosne funkcije za zadane regulatore su redom jednake.

Kaskadni sustavi koriste se za automatizaciju objekata koji imaju veliku inerciju duž upravljačkog kanala, ako je moguće odabrati međukoordinatu koja je manje inercijalna u odnosu na najopasnije poremećaje i za nju koristiti isto regulacijsko djelovanje kao za glavni izlaz. objekta.

U ovom slučaju sustav upravljanja (slika 19) uključuje dva regulatora - glavni (vanjski) regulator R, koji služi za stabilizaciju glavnog izlaza objekta y, i pomoćni (unutarnji) regulator R 1, dizajniran za reguliranje pomoćne koordinate na 1 .Cilj za pomoćni regulator je izlazni signal glavnog regulatora.

Izbor regulatornih zakona određen je svrhom regulatora:

Za održavanje glavne izlazne koordinate na danoj vrijednosti bez statičke pogreške, zakon upravljanja glavnog regulatora mora uključivati ​​integralnu komponentu;

Pomoćni regulator mora brzo reagirati, tako da može imati bilo koji zakon upravljanja.

Usporedba jednokružnog i kaskadnog ASR-a pokazuje da se zbog veće brzine unutarnje petlje u kaskadnom ASR-u povećava kvaliteta prijelaznog procesa, posebno kada se kompenziraju smetnje koje dolaze kroz upravljački kanal. Ako je, prema uvjetima procesa, ograničenje nametnuto na pomoćnu varijablu (na primjer, temperatura ne bi smjela prijeći najveću dopuštenu vrijednost ili bi omjer protoka trebao biti unutar određenih granica), tada se također nameće ograničenje na izlazni signal glavnog regulatora, što je zadatak za pomoćni regulator. Da biste to učinili, između regulatora je instaliran uređaj s karakteristikama dijela pojačala s zasićenjem.

Riža. 19. Blok dijagram kaskadnog automatiziranog sustava upravljanja:

W, W 1 – glavni i pomoćni kanali na 1 kontrolirane količine objekta; R, R 1 – glavni i pomoćni regulatori; h R, h R1 – regulacijski utjecaji regulatora R I R 1 ; ε, ε 1 – veličina odstupanja između trenutnih i zadanih vrijednosti kontroliranih veličina na I na 1 ; na 0 – zadatak glavnom kontroleru R

Primjeri kaskadnih automatiziranih sustava upravljanja termotehničkim objektima. Na sl. Na slici 20 prikazan je primjer kaskadnog sustava za stabilizaciju temperature tekućine na izlazu iz izmjenjivača topline, u kojem je pomoćni krug protok ogrjevne pare ASR. Kod poremećaja tlaka pare regulator 1 mijenja stupanj otvorenosti regulacijskog ventila na način da održi zadani protok. Ako je toplinska ravnoteža u aparatu poremećena (uzrokovana npr. promjenom ulazne temperature ili protoka tekućine, entalpije pare, gubitka topline u okolinu), što dovodi do odstupanja izlazne temperature od zadane vrijednosti, regulator temperature 2 prilagođava postavku regulatoru protoka pare 1.

U toplinskim tehnološkim procesima često glavne i pomoćne koordinate imaju istu fizičku prirodu i karakteriziraju vrijednosti istog tehnološkog parametra u različitim točkama sustava (slika 21).

Sl.20. Kaskadni sustav regulacije temperature (stavka 2) s korekcijom zadatka regulatoru protoka pare (stavka 1)

Riža. 21. Blok dijagram kaskadnog ASR s mjerenjem pomoćne koordinate u međutočki

Na sl. Slika 22 prikazuje fragment dijagrama toka procesa, uključujući grijač reakcijske smjese 2 i reaktor 1, te sustav stabilizacije temperature u reaktoru.

Regulacijski učinak na protok pare dovodi se na ulaz izmjenjivača topline. Upravljački kanal, koji uključuje dva uređaja i cjevovode, složen je dinamički sustav visoke inercije. Na objekt utječu brojne smetnje koje stižu na različite točke sustava: tlak pare i entalpija, temperatura i brzina protoka reakcijske smjese, gubitak topline u reaktoru itd. Da bi se povećala brzina upravljačkog sustava, kaskadirajte ACS. pri čemu je glavna kontrolirana varijabla temperatura u reaktoru, a kao pomoćna odabrana je temperatura smjese između izmjenjivača topline i reaktora.

Riža. 22. Sustav kaskadne regulacije temperature (stavka 4) u reaktoru (stavka 1) s korekcijom podešenja regulatora temperature (stavka 3) na izlazu iz izmjenjivača topline (stavka 2)

Izračun kaskadnog ASR-a. Proračun kaskadne ASR uključuje određivanje postavki glavnog i pomoćnih regulatora za zadane dinamičke karakteristike objekta duž glavnog i pomoćnih kanala. Budući da su postavke glavnog i pomoćnog regulatora međusobno ovisne, izračunavaju se iteracijskom metodom.

U svakom iteracijskom koraku izračunava se smanjeni ASR s jednom petljom, u kojem se jedan od regulatora uvjetno odnosi na ekvivalentni objekt. Kao što se može vidjeti iz blok dijagrama na Sl. 23, ekvivalentni objekt za glavni regulator (slika 23, a) je serijski spoj zatvorenog pomoćnog kruga i glavnog upravljačkog kanala; njegova prijenosna funkcija jednaka je

(93)

Riža. 23. Blok dijagrami ekvivalentnog jednokružnog sustava upravljanja s glavnim (a) i pomoćnim (b) regulatorom: na vrhu - ekvivalentna jednokružna shema; dolje - pretvorba kaskadnog ACP-a u jednokružni

Ekvivalentni objekt za pomoćni regulator 2 (slika 23) je paralelna veza pomoćnog kanala i glavnog sustava otvorene petlje. Njegova prijenosna funkcija ima oblik:

(p)=W 1 (p) – W(p)R(p).(94)

Izračun počinje s glavnim regulatorom. Metoda se koristi u slučajevima kada je inercija pomoćnog kanala mnogo manja od inercije glavnog. U prvom koraku se pretpostavlja da je radna frekvencija glavnog kruga ( ω p) mnogo manje od pomoćnog ( ω p1) i na ω=ω r

. (95)

. (96)

Dakle, kao prva aproksimacija, postavke S 0 glavni regulator 1 ne ovisi o R1(p) a nalaze se po W e °(p).

U drugom koraku izračunavaju se postavke pomoćnog regulatora za ekvivalentni objekt (1) s prijenosnom funkcijom W 1 e (p), u koje zamjenjuju R(p,S°).

Kombinirani ACP

Kombinirani automatizirani sustavi upravljanja koriste se pri automatizaciji objekata podložnih značajnim kontroliranim poremećajima. Sustavi se nazivaju kombinirani jer se u njihovoj konstrukciji koriste dva principa regulacije: "odstupanjem" (Polzunov princip) i "poremećajem" (Ponceletov princip). Sustavi izgrađeni prema principu Polzunova imaju negativnu povratnu spregu i rade u zatvorenom ciklusu. Sustavi smetnji (Poncelet) nemaju povratnu spregu i rade u otvorenoj petlji.

Postoje dva načina za izgradnju kombiniranih automatiziranih upravljačkih sustava s blok dijagramima prikazanim na sl. 24 i 25. Kao što se može vidjeti iz ovih blok dijagrama, oba sustava imaju zajedničke značajke: prisutnost dva kanala utjecaja na izlaznu koordinatu objekta i korištenje dvije regulacijske petlje - zatvorene (kroz regulator 1 ) i otvoren (kroz kompenzator 2 ). Jedina je razlika u tome što se u drugom slučaju korektivni impuls iz kompenzatora ne dovodi na ulaz objekta, već na ulaz regulatora.

Riža. 24. Blok dijagrami kombiniranog ASR-a pri spajanju izlaza kompenzatora na ulaz objekta: a – originalni dijagram; b – transformirani dijagram; 1 – regulator; 2 – kompenzator

Riža. 25. Blok dijagrami kombiniranog ASR-a pri spajanju izlaza kompenzatora na ulaz regulatora: a – izvorni krug; b – transformirani dijagram; 1 – regulator; 2 – kompenzator

Uvođenjem korektivnog impulsa za najjaču smetnju može se značajno smanjiti dinamička pogreška upravljanja, pod uvjetom da je pravilno odabran i proračunat dinamički uređaj koji tvori zakon za promjenu tog utjecaja.

Osnova za proračun takvih sustava je princip nepromjenjivosti: odstupanje izlazne koordinate sustava od navedene vrijednosti mora biti identično jednako nuli pod bilo kojim pogonskim ili ometajućim utjecajima.

Za ispunjenje principa invarijantnosti potrebna su dva uvjeta: idealna kompenzacija svih ometajućih utjecaja i idealna reprodukcija signala zadatka. Očito je da je postizanje apsolutne invarijantnosti u realnim sustavima upravljanja praktički nemoguće. Obično su ograničeni na djelomičnu nepromjenjivost u odnosu na najopasnije poremećaje. Razmotrimo uvjet invarijantnosti otvorenog i kombiniranog sustava upravljanja s obzirom na jedan ometajući utjecaj.

Uvjet nepromjenjivosti za otvorenu petlju i kombinirani ASR. Razmotrimo uvjet invarijantnosti sustava s otvorenom petljom (slika 26): y(t)= 0.

Riža. 26. Blok dijagram otvorenog sustava automatskog upravljanja

Prelazimo na Laplaceove slike X B (r) I Y(p) signale x V (t) I y(t), Prepišimo ovaj uvjet uzimajući u obzir funkcije prijenosa objekta duž kanala poremećaja WB(p) i regulacija W R (p) i kompenzator RK(p):

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

U prisustvu smetnji [ ] uvjet invarijantnosti (97) je zadovoljen ako

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

R k () = -W V ()/W R ().(99)

Dakle, da bi se osigurala nepromjenjivost sustava upravljanja u odnosu na bilo kakve smetnje, potrebno je ugraditi dinamički kompenzator, čija je prijenosna funkcija jednaka omjeru prijenosnih funkcija objekta duž smetnji i upravljačkih kanala, uzetih sa suprotnim predznakom.

Izvedimo uvjete invarijantnosti za kombinirane ASR-ove. Za slučaj kada se signal iz kompenzatora primjenjuje na ulaz objekta (vidi sliku 24, a), blok dijagram kombiniranog ASR-a pretvara se u serijsku vezu sustava otvorene petlje i zatvorene petlje ( vidi sliku 24, b), čije su prijenosne funkcije jednake:

.

U ovom slučaju, uvjet invarijantnosti (97) se piše kao:

Ako je X B (p) 0 i W ZS(p), mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

oni. uvjet nepromjenjivosti.

Kada se koristi kombinirani sustav upravljanja (vidi sliku 25, a), izvođenje uvjeta invarijantnosti dovodi do odnosa ( vidi sliku 25, b):

(101)

Ako XB(p)0 I W ZS (r) , tada mora biti ispunjen sljedeći uvjet:

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

Dakle, pri povezivanju izlaza kompenzatora s ulazom regulatora, prijenosna funkcija kompenzatora, dobivena iz uvjeta invarijantnosti, ovisit će o karakteristikama ne samo objekta, već i regulatora.

Uvjeti fizičke ostvarivosti invarijantnih ASR. Jedan od glavnih problema koji se javljaju pri konstruiranju invarijantnih sustava upravljanja je njihova fizička izvedivost, tj. izvedivost kompenzatora koji zadovoljava uvjete (99) ili (103).

Za razliku od konvencionalnih industrijskih regulatora, čija je struktura zadana i potrebno je samo izračunati njihove postavke, struktura dinamičkog kompenzatora u potpunosti je određena omjerom dinamičkih karakteristika objekta duž poremećajnih i upravljačkih kanala i može se pokazati biti vrlo složen, a ako je omjer tih karakteristika nepovoljan, fizički nemoguć.

“Idealni” kompenzatori su fizički neostvarivi u dva slučaja:

Ako je čisto vrijeme kašnjenja duž upravljačkog kanala veće nego kroz kanal smetnje. U ovom slučaju, idealni kompenzator trebao bi sadržavati vodeću vezu, jer ako:

(104)

, (105)

zatim uzimajući u obzir (99):

(106)

Ako je u prijenosnoj funkciji kompenzatora stupanj polinoma u brojniku veći od stupnja polinoma u nazivniku. U tom slučaju kompenzator mora sadržavati idealne diferencirajuće veze. Taj se rezultat dobiva za određeni omjer redova diferencijalnih jednadžbi koje opisuju poremećajne i regulacijske kanale. Neka

W V (r) = V v (R)/ I Wp(p)= V r(R)/,(107)

Gdje B u (P), A B (p), V P (p), A P (p)- polinomi stupnjeva t V, n B, m P I n str prema tome.

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

Prema tome, uvjet za fizičku izvedivost nepromjenjive ASR je da su zadovoljeni sljedeći odnosi:

τ in ≥ τ r i m B + n p ≤ n in + m r.(108)

Primjer. Razmotrimo sustav kontrole temperature u kemijskom reaktoru s uređajem za miješanje u kojem se odvija egzotermna reakcija (slika 27).

Riža. 27. Principijelni dijagram kemijskog reaktora s uređajem za miješanje: 1 – mjerač temperature; 2 – regulacijski ventil; 3 – mjerač protoka

Neka glavni kanal poremećaja - "brzina protoka reakcijske smjese - temperatura u reaktoru" - bude aproksimirana s dvije aperiodične veze prvog reda, a regulacijski kanal - "brzina protoka rashladnog sredstva - temperatura u reaktoru" - s tri aperiodične veze prvog reda:

, (109)

, (110)

Gdje T 1 , T 2 , T 3 – najveće vremenske konstante glavnih toplinskih spremnika reaktora, termometra i rashladnog plašta.

Da bi se konstruirao invarijantni sustav upravljanja koji je u skladu s izrazom (99), potrebno je uvesti kompenzator s prijenosnom funkcijom:

, (111)

što je fizički neizvedivo, jer je u ovom slučaju uvjet narušen i kompenzator mora sadržavati idealnu diferencirajuću kariku.

Vježbajte

U skladu s primjerom razviti sustav upravljanja rektifikacijskim postrojenjem. Izračunati , .

Početni podaci.

1. Shema destilacijske jedinice (slika 28). Postrojenje se sastoji od destilacijske kolone DO, izmjenjivač topline za zagrijavanje početne smjese T-1, kotao T-2, kondenzator T-3 i refluks spremnik E.

Kolona odvaja binarnu smjesu. Vrelišta izdvojenih komponenti značajno se razlikuju, zbog čega kolona ima mali broj ploča i malu visinu. Kašnjenja i inercija duž kanala prijenosa ometajućih i upravljačkih utjecaja su relativno mali. Postoje snažne unutarnje unakrsne veze između glavnih kontroliranih (reguliranih) količina procesa - sastava (temperatura) destilata i baznog produkta.

Struja pare koja napušta vrh destilacijske kolone sadrži komponente koje se ne kondenziraju u inertne plinove pod radnim uvjetima izmjenjivača topline T-3. Ispuštaju se iz spremnika za navodnjavanje na upuhivanje (u mrežu goriva).

Način rada instalacije podložan je velikim i čestim poremećajima: u pogledu protoka F i sastav XF sirovine; tlakom (protokom) sredstva za zagrijavanje koje se dovodi u izmjenjivač topline T-I i kotao T-2; prema tlaku (brzini protoka) rashladnog sredstva koje se dovodi u kondenzator T-3.

"Ključne" kontrole procesa rektifikacije su regulatorna tijela na liniji za dovod refluksa u kolonu DO i vodove za dovod ogrjevnog sredstva u kotao T-2.

Riža. 28. Shema rektifikacijskog postrojenja

2. Postavljaju se dinamički parametri objekta: (vremenske konstante T; kašnjenja τ; koeficijent prijenosa DO v) kroz kanale:

A. “promjena položaja regulatora P01 – potrošnja sirovine F» ( X R 1 F);

b. “promjena položaja regulatora P02 – potrošnja ogrjevnog sredstva F 1 " ( X R 2 F 1 );

b*. “promjena položaja regulatora P02 - temperatura sirovine θ F nakon T-1" ( X R 2 θ F);

V. “promjena položaja regulacijskog tijela P03 - sastav destilata X D» ( X R 3 X D);

d. “promjena položaja regulatora P04 - tlak R u koloni" ( X R 4 P);

d. “promjena položaja regulatora P05 - nivo u kocki stupa” ( X R 5 L);

e. “promjena položaja regulatornog tijela P02 * - temperatura sirovine θ F nakon T-1" ( X R 2* θ F);

i. “promjena položaja regulatornog tijela P04 * - pritisak P u koloni" ( X R 4* R);

h. “promjena položaja regulatora P06 - temperatura na dnu kolone” ( X R 6 θ DO);

z*. “promjena položaja regulacijskog tijela PO6 - temperatura θ B na vrhu stupca” ( X R 6 θ B);

I. “promjena položaja regulacijskog tijela ROZ - temperatura θ B na vrhu stupca" (X P3 θ B);

I *. “promjena položaja regulacijskog tijela ROZ - temperaturaθ DO dno stupca" ( X R 3 θ DO).

3. Specificirane su veličine smetnji koje djeluju na objekt, izražene u % od hoda regulacijskog tijela:

a) kanal X R 1 F(na temelju potrošnje sirovina F);

b) kanali X R 2 F 1 , X R2 θ F(pritiskom sredstva za zagrijavanje P 1 i njegov sadržaj topline q 1);

c) kanal X R 3 X D(prema sastavu sirovina XF);

d) kanal X P4 P(pritiskom R 2 rashladno sredstvo koje se dovodi u kondenzator T-3);

d) kanal X R 5 L(po sadržaju topline q 2 ogrjevno sredstvo koje se dovodi u kotao T-2).

4. Navedeni su zahtjevi za kvalitetu procesa regulacije (dinamička greška X max, regulacijsko vrijeme tP, stupanj prigušenja prijelaznih procesa ψ , pogreška statičke kontrole x cm).

Polazni podaci za točku 2. zadatka (točke a - d), točku 3. i točku 4. dani su u tablici. 9, a za točke 2 (f, g, h, i) - u tablici. 10 početni podaci.

Tablica 9. Dinamički parametri objekta i zahtjevi kvalitete za regulacijski proces

Tablica 10. Dinamički parametri objekta i zahtjevi kvalitete za regulacijski proces

Kontrolna pitanja

1. Kaskadno automatizirani sustavi upravljanja u shemama upravljanja procesima. Principi njihove konstrukcije i rada. Primjeri kaskadnih automatiziranih sustava upravljanja u industriji i energetici.

2. Kombinirani automatizirani sustavi upravljanja u shemama upravljanja procesima. Principi konstrukcije i rada. Uvjeti fizičke izvedivosti. Primjeri kombiniranih automatiziranih sustava upravljanja u industriji i energetici.

PRAKTIKUM br. 8 (2 sata)