Kaskādes vārstu vadības diagrammas iestatījumu režīmi. Vadības komplekts kaskādes regulators E8.4401, KROMSCHRODER. Kaskādes vadības sistēmas piemērs

Izgudrojums attiecas uz automātiskās vadības jomu. Tehniskais rezultāts sastāv no ātruma palielināšanas un pārsnieguma samazināšanas, mainot objekta vai slodzes parametrus, kā arī vienkāršojot kontroliera parametru iestatījumu aprēķināšanas procedūru. Tehniskais rezultāts tiek sasniegts, pateicoties tam, ka iekšējā ķēdē tiek izmantots adaptīvs trīs pozīciju kontrolleris ar vidējo pozīciju atkarībā no objekta slodzes. Turklāt, pamatojoties uz iekšējās cilpas regulatora darbības rezultātu, objektam, izmantojot vadības ierīci, tiek pievienota iekšējā vai ārējā regulatora vadības darbība. Kad palīgparametrs atstāj atsauces zonu, darbojas iekšējā vadības cilpa, un, atgriežoties zonā, tiek ieslēgta ārējā un izslēgta iekšējā cilpa. Šajā gadījumā ārējā regulatora izejas signāla neatņemamo komponentu veido iekšējais regulators, un tā ir vienāda ar trīs pozīciju regulatora vidējās pozīcijas signāla vērtību brīdī, kad iekšējā ķēde ir izslēgta. Pāreja bez trieciena uz ārējā regulatora darbību un jaudīgas releja vadības darbības veidošanās iekšējā ķēdē nodrošina augstāku galvenā parametra regulēšanas kvalitāti. No laika neatkarīga ārējo un iekšējo ķēžu darbība ļauj izmantot labi zināmas inženierijas metodes regulatoru iestatījumu aprēķināšanai vienas ķēdes sistēmās. 2 slim.

Piedāvātā ierīce attiecas uz automātiskās vadības jomu un var tikt izmantota automātiskās vadības sistēmās objektiem ar sadalītiem parametriem vai kuriem ir vismaz divi regulējami parametri un viena vadības darbība. Tradicionālajai kaskādes vadības shēmai ir struktūra, kas parādīta attēlā. 1. Tehnoloģiskās vadības objektam (TOU) ir divi regulējami parametri: galvenais Y1, jo tas ir regulēšanas mērķis, un palīgelements Y2, ko izmanto, lai uzlabotu galvenā parametra regulēšanas kvalitāti. Galvenā parametra-Y1 regulēšanu veic ārēja ķēde, kas ietver ieejas komandas signālu Y1 ēku, ārējo (vadošo, koriģējošo) regulatoru R1 un funkcionālos blokus O max un O min, kas ierobežo ārējās izejas signālu. regulators no augšas uz leju. Papildparametrs Y2 tiek regulēts ar iekšējo ķēdi, kurā ietilpst iekšējais (pakalpojuma, stabilizējošais) regulators R2. Tam Y2 komandas signāls ir ārējā regulatora regulējošā ietekme, kas ir galvenais attiecībā pret iekšējo (vergu) regulatoru. Pēdējā, R2, ģenerē vadības darbību objektam, izmantojot izpildmehānismu (AD) pie ieejas, kas ir kopīga gan galvenajam parametram Y1, gan palīgparametram Y2. Signālus par ārējo un iekšējo ķēžu galvenajiem un palīgparametriem ģenerē attiecīgi sensori D1 un D2, un tie tiek piegādāti salīdzināšanai ar uzdevuma signāliem Y1 ēka un Y2 ēka attiecīgi salīdzināšanas elementiem ES1 un ES2. Šādu kaskādes sistēmu iespējamības (efektivitātes) nosacījums ir mazāka objekta inerce gar palīgparametra Y2 kanālu attiecībā pret galveno Y1. Ir zināma metode kaskādes temperatūras kontrolei reaktorā ar temperatūras regulatora iestatījuma korekciju siltummaiņa izejā (sk. Automātiska vadība ķīmiskajā rūpniecībā: mācību grāmata augstskolām. Ed. E.G.Dudņikova. -M.: Ķīmija, 1987, lpp. 42 - 43, att. 1.22). Šajā metodē iekšējā ķēde ir automātiskā temperatūras kontroles sistēma siltummaiņa izejā, un ārējā ķēde ir temperatūra reaktorā. Regulējoša iedarbība - tvaika plūsma tiek piegādāta siltummaiņa ieejai. Vadības kanāls, kurā ietilpst divas ierīces (siltummainis un reaktors) un cauruļvadi, ir sarežģīta sistēma ar augstu inerci. Objektu ietekmē vairāki traucējumi, kas nonāk dažādos sistēmas punktos - tvaika spiediens un entalpija, reakcijas maisījuma temperatūra un plūsmas ātrums, siltuma zudumi reaktorā utt. ķēdes regulators maina vadības vārsta atvēršanas pakāpi, lai uzturētu iestatīto temperatūru siltummaiņa izejā. Ja rodas traucējumi reakcijas maisījuma plūsmas ātrumā, reaktorā ir temperatūra un līdz ar to tiek iestatīts siltummaiņa temperatūras regulators, kas atkal mainīs regulēšanas vārsta atvēršanas pakāpi, lai atjaunotu temperatūru. temperatūra reaktorā un siltummainī. Atkarībā no galvenā parametra regulēšanas precizitātes prasībām ārējā kontūrā tiek izmantoti astatiskie (I, PI) regulatori, bet iekšējā kontūrā tiek izmantoti ātrgaitas statiskie, parasti P- vai PD-regulatori. Šādu kaskādes vadības sistēmu trūkums ir analogā tipa regulatoru izmantošana un ar to saistītā ķēdes risinājumu sarežģītība - īpašu funkcionālo bloku iekļaušana, kas ierobežo ārējā (vadošā) regulatora korekcijas signālu no augšas un apakšas. Šī iemesla dēļ aplūkojamās kaskādes vadības sistēmas, mainot vadāmā objekta vai slodzes parametrus, raksturo salīdzinoši zemu veiktspēju un lielu dinamikas pārtēriņu, t.i. nepietiekama regulējuma kvalitāte. Vēl viens šādu kaskādes sistēmu trūkums ir kontrolieru regulēšanas parametru aprēķināšanas sarežģītība, ko izraisa nepieciešamība izmantot iteratīvas procedūras katrai ķēdei atsevišķi (skaņojot vienu no kontrolieriem, otrs satur vēl nenoteiktus optimālos parametrus). Izgudrojuma mērķis ir palielināt veiktspēju un samazināt pārregulēšanu, mainot objektu vai slodžu parametrus, kā arī vienkāršot kontroliera parametru iestatījumu aprēķināšanas procedūru. Uzdevums tiek sasniegts, iestatot signālus iekšējās cilpas kontrollera papildu parametra augšējo Y2" un apakšējo Y2" pieļaujamo vērtību iestatīšanai un noteiktā intervālā nosakot neatbilstības kļūdu E1 astatiskajam ārējās cilpas kontrollerim, iedarbojoties caur izpildmehānismu uz objektu šajā intervālā, izmantojot analogo signālu, ko nosaka šī ārējā regulatora regulējums. Kad palīgparametrs atstāj Y2 iestatīšanas zonu"< 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 noteikta precizitāte . Pretējā gadījumā katrā laika brīdī objektu kontrolē tikai viens no regulatoriem: iekšējais, ja palīgparametrs Y2 atrodas ārpus iekšējā regulatora mirušās zonas, vai ārējais, kad Y2 atrodas zonā. . Regulatoru darbību kontrolē palīgparametrs Y2 (precīzāk, kļūdas signāls E2 starp Y2 un iestatīšanas signāliem Y2" un Y2""), kas šajā ziņā kļūst par objekta vadošo parametru, t.i., parametru. kas nosaka regulatoru vadības ierīces darbības loģiku, ģenerējot uz regulatoriem atbilstošas ​​vadības darbības, pamatojoties uz nesakritības signālu E2. Nodrošina vienlaicīgu ārējā vai iekšējā regulatora darbību, t.i., ārējā un iekšējā regulatora autonomiju. kaskādes vadības sistēmas iekšējās shēmas, pateicoties to loģiskajai pārslēgšanai caur vadības ierīci, nav nepieciešama sarežģīta iteratīva regulatoru iestatījumu aprēķināšanas procedūra, un kļūst iespējams izmantot labi zināmas vienas ķēdes sistēmu aprēķināšanas metodes. analogās un pozicionālās darbības (sk., piemēram, Magergut V.Z., Vent D.P., Katser I.A. Inženiermetodes rūpniecisko regulatoru optimālo iestatījumu izvēlei un aprēķināšanai. Novomoskovska, NF RKhTU, 1994. 158 lpp.). Adaptīvās trīs pozīciju vadības metodes pielietojums iekšējā cilpā ar vidējo pozīciju, kas pielāgota objekta slodzei (skat. autoru St. N 458812. Automātiskās trīs pozīciju vadības metode. Magergut V.Z., Gimpelson V.G., Stalnov P.I., Belyaev Yu .V Bull 4, 1975. gada 30. janvāris) ļauj, no vienas puses, izveidot spēcīgu releju vadības darbību, kas palielina vadības sistēmas ātrumu un samazina galvenā parametra pārregulēšanu. no otras puses, lai vienlaikus nodrošinātu, ka vadības darbība aptuveni atbilst slodzes vērtībai, un, pateicoties šīs ārējās ķēdes integrālās sastāvdaļas vērtības uzraudzībai, veikt ārējās ķēdes vadības darbības bezšoka pārslēgšanu. regulators uz šo vērtību, kad tas ir savienots ar objektu. Iekšējās ķēdes kontrolieris dod uzdevumu ārējās ķēdes kontrolierim nevis atbilstoši uzdevumam, bet gan pēc tā neatņemamās sastāvdaļas izejas signāla, tādējādi nodrošinot, ka ārējais kontrolieris tiek ieslēgts bez trieciena brīdī, kad palīgierīce objekta parametrs Y2 ieiet iekšējā kontrollera mirušajā zonā un precīza vadības darbības regulēšana uz objekta slodzes vērtību. Pretējā gadījumā piedāvātajā metodē iekšējais regulators kļūst it kā par līderi attiecībā pret ārējo regulatoru, kas kļuvis par vergu. Tādējādi tiek piedāvāta kaskādes automātiskās vadības metode, mērot objekta palīgparametru un stabilizējot to, izmantojot vienas ķēdes vadības sistēmu, izmērot objekta galveno parametru un stabilizējot to, izmantojot astatisko vienas ķēdes vadības sistēmu un ģenerējot uzdevuma signāls iekšējās cilpas regulatoram, kas raksturīgs ar to, ka uzdevuma signāliem ir iestatītas objekta palīgparametra augšējās un apakšējās pieļaujamās vērtības iekšējās cilpas kontrollerim un noteiktā intervālā nosaka neatbilstības kļūdu ārējās cilpas astatiskais kontrolieris, kas darbojas caur izpildmehānismu uz objektu noteiktā intervālā, izmantojot analogo signālu, ko nosaka ārējās cilpas astatiskā regulatora regulēšanas likums, pie objekta palīgparametra izejas no dotā intervālā no iekšējās cilpas regulatora izejas uz izpildmehānismu tiek piegādāta releja tipa vadības darbība ar zīmi, samazinot objekta palīgparametra novirzi no augšējās un apakšējās pieļaujamās vērtības un galvenā parametra objekts - no norādītās vērtības, un tajā pašā laikā tiek izslēgta ārējās cilpas astatiskā regulatora vadības darbība , veido un saglabā šī kontrollera neatņemamo komponentu iekšējā izejas signāla vidējās pozīcijas līmenī. ķēdes kontrolieris; kad objekta palīgparametrs atgriežas norādītajā intervālā, vienlaikus tiek izslēgta iekšējās cilpas regulatora vadības darbība un ieslēgta ārējās cilpas astatiskā regulatora vadības darbība. Piedāvātā metode ir ilustrēta funkcionālā diagramma attēlā parādīts. 2. Ķēdē ir tehnoloģiskais vadības objekts 1, ārējais vadības cilpas regulators 2 un iestatīšanas rādītājs 3, salīdzināšanas bloks 4, iekšējās cilpas regulators 5, augšējā un apakšējā līmeņa iestatīšanas punkti attiecīgi 6 un 7, salīdzināšanas bloks 8 , vadības ierīce 9, izpildmehānisms 11, 12 attiecīgi galvenie un papildu parametri. Kaskādes automātiskās vadības metode tiek veikta šādi. Parametrs Y1 tiek nepārtraukti mērīts, izmantojot sensoru 11, un stabilizēts, izmantojot automātisko regulatoru 2 saskaņā ar statisku likumu, kas ietekmē izpildmehānismu 10. Papildparametrs Y2 tiek nepārtraukti mērīts, izmantojot sensoru 12, un, izmantojot regulatorus 6 un 7, iestatījuma vērtība veidojas šī parametra augšējais un apakšējais līmenis. Izmantojot trīs pozīciju adaptīvo kontrolieri 5, šī parametra vērtība tiek automātiski uzturēta noteiktā intervālā, iedarbojoties uz izpildmehānismu 10. Vadības ierīce 9 nepārtraukti mēra iekšējās vadības cilpas neatbilstības kļūdu E2 un atkarībā no lieluma un Šīs kļūdas pazīme ieslēdz regulējošo darbību, kas nāk vai nu no iekšējā, vai no ārējā regulatora. Kad palīgparametrs atstāj iestatīšanas zonu no iekšējā ķēdes regulatora 5 izejas, izpildmehānismam tiek piegādāta releja tipa vadības darbība ar zīmi, kas samazina palīgparametra novirzi no norādītajām galējām vērtībām. intervāls un galvenais parametrs no norādītās vērtības. Tajā pašā laikā vadības ierīce 9 izslēdz ārējā astatiskā regulatora 2 vadības darbību, veidojot un uzturot tās neatņemamo komponentu trīs pozīciju adaptīvā regulatora 5 izejas signāla vidējās pozīcijas līmenī. piedāvātā kaskādes automātiskās vadības metode ārējo un iekšējo ķēžu regulatori darbojas vienmērīgi, pēc tam uz laiku regulators tiek izslēgts 2 ārējās cilpas no izpildmehānisma 10, barošanai tiek izmantots sakaru kanāls starp kontrollera 5 un 2 izejām. adaptīvā kontrollera 5 vidējās pozīcijas signālu uz kontrolieri 2, lai tajā izveidotu neatņemamu komponentu, kas vienāds ar kontrollera 5 vidējās pozīcijas signālu. Tādējādi pa kanālu, kas apzīmēts ar daudzvirzienu bultiņām , signāls iziet vai nu no regulatora 2 izejas uz izpildmehānismu 10, vai no regulatora 5 (no vidējās pozīcijas veidošanas saites) uz regulatoru 2 (regulatora neatņemamai sastāvdaļai). Apsvērsim šīs metodes izmantošanu dažādiem zināmās sistēmas kaskādes regulēšana. Tātad analogai metodei - kaskādes temperatūras kontrolei reaktorā - tas izpaužas šādi: vadības objekta galvenais parametrs ir temperatūra T r reaktorā un palīgtemperatūra T t siltummaiņa izejā. Pēdējam ir iestatītas divas tā iestatījuma vērtības - lielāka par nominālo T t "" un mazāka par T t ". Reaktoram tiek iestatīta iestatītā temperatūras vērtība T rzd, un to uztur parasts PI regulators. izmantojot viencilpas regulēšanas sistēmu Kad temperatūra novirzās, reaktors T r vienlaikus novirzās no iestatītās vērtības no nominālās un temperatūras T t siltummaiņa izejā, un pēdējais izplūst no zonas, t.i., ārpus. T t "" vai T t " vērtības notiek ātrāk nekā T r novirze no T rzd par nepieciešamo vadības precizitāti (sakarā ar zemāku objekta inerci gar kanālu: temperatūra pie izejas siltummainis T t - tvaika vadības darbība Gn un atbilstošā vērtību izvēle T t "" un T t ". Adaptīvais pozīcijas regulators tiek aktivizēts un veido releja vadības darbību uz objektu saskaņā ar Gn ( augšējais Gn " " vai zemāks Gn ", kas vērsts uz T t atgriešanu zonā, uz T rzd Tajā pašā laikā, pozicionāli ietekmējot objektu, veidojas jauna šī regulatora vidējās pozīcijas vērtība Gn av, kas atbilst jaunajam. objekta slodzes vērtība vai līdzvērtīga tā parametru maiņa. Šī jaunā vērtība tiek uzraudzīta PI kontrollera neatņemamajā daļā, kas, kontrolējot objektu caur iekšējo adaptīvo pozīcijas kontrolieri, tiek atvienota no objekta vadības. Tt ieejot zonā, pateicoties jaudīgajai un ātrajai pozicionālās vadības darbībai (jo tā būs jaudīgāka un ātrāka par pat prototipa metodē izmantotā PD kontrollera ietekmi), notiek pārslēgšanās uz jaunu Gn cp vērtību gan iekšējās cilpas kontrollerī un tā vietā ar objekta vadību savienotā PI kontrollerī, t.i. objekta kontrole sākas ar jaunu vadības darbības vērtību, līdzsvars (vai tuvu) jaunajai slodzes vērtībai. Pēdējais līdz ar T t strauju atgriešanos zonā un T r uz T rzd nodrošina arī regulēšanas kvalitātes paaugstināšanos, izmantojot piedāvāto metodi. Apskatīsim otro piemēru, kā izmantot metodi atteces dzesinātāja darbības automātiskai regulēšanai automātiskās destilācijas laikā. Sv. N 971395. Magerguts V.Z., Bebelis V.Ya., Masļeņņikovs I.M., Bull. 41 no 07.11.82. Objekts ir deflegmators, kurā ir nepieciešams uzturēt temperatūru T d tā izejā (galvenais parametrs). Precizitātes uzlabošanai tiek piedāvāta tradicionālā kaskādes kontroles metode, kurā kā palīgparametrs tiek izmantots P d deflegmatora apakšā, t.i. pie tās ieejas. Kontroles darbība ir aukstumaģenta plūsma Gx deflegmatorā. Lai palielinātu šīs sistēmas efektivitāti, varat izmantot arī mūsu piedāvāto metodi. Iekšējai ķēdei, kuras pamatā ir adaptīvā stāvokļa kontrole, atteces kondensatora ieejā būs jāiestata divas spiediena vērtības: P d "" un P d " - attiecīgi vairāk un mazāk nekā nominālā. Metode darbosies līdzīgi kā aplūkots pirmajā piemērā. Regulēšanas kvalitātes uzlabojums tiks panākts šādi: pateicoties lielam ātrumam un jaudīgākai iekšējās ķēdes ietekmei, un tajā pašā laikā atrodot jaunu līdzsvaru. vadības darbības vērtība, kas atbilst jaunajai iekšējā regulatora adaptīvās vidējās pozīcijas vērtībai Sakarā ar katras vadības cilpas (ārējās un iekšējās) darbības autonomiju, regulatoru regulēšana ir tāda pati kā regulatorā. pirmkārt, un otrajā piemērā, protams, būs vieglāk pārveidot prototipu un visas pārējās rūpniecībā izmantotās automātiskās kaskādes vadības sistēmas, kurām ir divi regulējami parametri (galvenais un papildu) ar vienu vadības darbību, ar papildu nosacījumu, ka vadības darbība nebija vienlaikus palīgparametrs. Šobrīd autori ievieš piedāvāto metodi vairākos Tulas un Rjazaņas reģionu uzņēmumos: AS ORGSINTEZ un NAC AZOT, AS Klyuchansky Distillery, gan aizstājot esošās automātiskās kaskādes kontroles metodes, gan neatkarīgi ieviešot piedāvāto metodi vairākiem. objektu, ar visu no tā izrietošo ekonomisko ietekmi.

1. att. Kaskādes PID temperatūras regulatora uzbūve reaktora apvalkā

2. att. Kaskādes PID temperatūras regulatora uzbūve reaktora atteces dzesētājā

1. Regulatori

Vispārīgi punkti

– Vadības apakšsistēma sastāv no četriem PID regulatoriem, kas veido divas vadības kaskādes (1. att., 2. att.);

– Galvenā un pakārtotā regulatoru vadība (darba režīma un iestatījuma maiņa) ir atļauta vienmēr, neatkarīgi no tā, vai reaktors darbojas vai ne, gan no “Instalācijas statusa” mnemoniskās diagrammas, gan no regulatora logiem;

Regulatora dublēšana

– Lai palielinātu uzticamību, sistēma nodrošina liekus regulatorus. Galvenais ir programmatūras kontrolieris, rezerves ir aparatūras kontrolieris (SIPART DR22).

– Aparatūras kontrollera koeficientu maiņa (pārraides koeficients, integrācijas laika konstante un diferenciācijas laika konstante) atbilstoši programmatūras kontrollera iestatījumiem tiek veikta, programmatūras kontrollera iestatījumu logā nospiežot pogu "Lietot";

Programmatūras kontrollera struktūra

Programmatūras kontrollera struktūra ir parādīta 1., 2. att.

Regulatora kontrole

– Visi četri reaktora regulatori tiek vadīti no regulatora logiem vai no imitācijas diagrammas “Instalācijas statuss”. Izskats logi ir parādīti 1. att., 2. att.

– Katram no četriem reaktora regulatoriem ir atsevišķs logs, kuram ir divas formas: galvenais ir “regulatora vadības logs” un papildu logs ir “regulatora iestatījumu logs”. Pārslēgšanās starp šīm formām tiek veikta, nospiežot pogas vai logu augšējā labajā apgabalā.

– Nospiežot pogu “RAMP” (pieejama tikai uz ledusskapja vadošā regulatora loga), atveras rampas iestatījumu un vadības logs (skat. 2. att.).

– Pati rampa ir lineāras temperatūras atsauces izmaiņas no “Sākotnējās vērtības” uz “Galīgās vērtības” vērtību “Pārejas laika” laikā;

– Rampas iestatīšanas un vadības logs ir paredzēts, lai uzraudzītu rampas gaitu, kā arī nodrošina operatoram iespēju kontrolēt rampu;

– Sākotnējā stāvoklī, kad rampa ir neaktīva, ir nospiesta poga “Stop”, pogas “Start” un “Pause” ir nospiestas, poga “Pauze” nav pieejama, “Galīgā vērtība” un “Pārejas laiks” ievadīšanai ir pieejami lauki, laukā “Sākotnējā vērtība” tiek parādīta pašreizējā temperatūras vērtība, laukos “Pagājušais laiks” un “Atlicis laiks” – nulle;

– Kad rampa ir aktīva, tiek atlaistas pogas “Apturēt” un “Pauze”, tiek nospiesta poga “Sākt”, ir pieejama poga “Pauze”, visi lauki nav pieejami ievadīšanai.

Laukā "Sākotnējā vērtība" tiek parādīta temperatūras vērtība, no kuras sākās vienmērīgas regulatora iestatījumu maiņa pēc pogas "Start" nospiešanas vai rampas sistēmas palaišanas.

Laukā Beigu vērtība tiek parādīta kontrollera atsauces vērtība, kas tiks iestatīta pēc rampas pabeigšanas.

Laukā "Pārejas laiks" tiek parādīts kopējais rampas laiks, laukā "Pagājušais laiks" tiek parādīts pagājušais rampas laiks, un laukā "Atlikušais laiks" tiek parādīts atlikušais rampas laiks;

– Pēc "Pārejas laika" laika beigām kontrollera iestatījums ir vienāds ar vērtību "Galīgā vērtība", ievades lauki un pogas atgriežas sākotnējā stāvoklī;

Operatora veikta rampas veikšana

– Sistēmai ir iespēja veikt rampu pēc operatora komandas ar operatora norādītajiem iestatījumiem;

– Pirms rampas palaišanas operators ievada vajadzīgās vērtības laukos “Beigu vērtība” un “Pārejas laiks”;

– No polimerizācijas fāzes sākuma līdz pirmās plānotās papildu ūdens dozēšanas sākumam operatoram laukā “Gala vērtība” ir aizliegts ievadīt vērtību, kas ir lielāka par pašreizējo temperatūru reaktorā.

Ja reaktors darbojas, pirms polimerizācijas fāzes sākuma un no brīža, kad sākas pirmā plānotā papildu ūdens dozēšana, rampas iestatījumu un vadības loga ievades lauki operatoram nav pieejami, rampas vadības pogas. operatoram nav pieejami nospiešanai.

Ja reaktors nedarbojas, ievades lauki rampas iestatījumos un vadības logā ir pieejami operatora ievadīšanai, rampas vadības pogas ir pieejamas operatora nospiešanai;

– Lai palaistu rampu, operators nospiež pogu “Start”, kamēr tiek nospiesta poga “Stop”;

– Rampas laikā izvades laukā “Sākotnējā vērtība” tiek parādīta temperatūras vērtība, no kuras sākās vienmērīga regulatora iestatījumu maiņa pēc pogas “Start” nospiešanas;

– Ja rampas laikā ir jāmaina tās parametri (galīgā vērtība vai pārejas laiks), jānospiež poga “Pauze”. Šajā gadījumā poga “Start” paliek nospiesta, poga “Stop” paliek nospiesta, un ievadei ir pieejami ievades lauki “Galīgā vērtība” un “Pārejas laiks”. Kontroliera iestatījumu maiņa ar RAMP apakšprogrammu un pagājušā laika skaitīšana laukā "Pagājušais laiks" tiks īslaicīgi apturēta;

– Pēc jauno rampas parametru ievadīšanas ievades laukos operators nospiež pogu “Pauze”, vērtība laukā “Atlikušais laiks” tiek automātiski pārrēķināta un notiek vienmērīga uzdevuma maiņa ar jauniem parametriem un laika atpakaļskaitīšana. rampas laiks laukā “Pagājušais laiks” tiek atsākts;

– Jaunā vērtība laukā “Atlicis laiks” tiek aprēķināta šādi: . Ja rampa pirms pogas "Pauze" nospiešanas ilga ilgāk, nekā tika ievadīts laukā "Pārejas laiks" pauzes laikā, tad tiek pieņemts atlikušais laiks. vienāds ar nulli, kontrollera atsauce ir iestatīta vienāda ar vērtību laukā "Galīgā vērtība";

– Divos gadījumos: nospiežot pogu “Sākt” un nospiežot pogu “Pauze”, uzdevums vadošajam regulatoram jakā tiek iestatīts uz vienu grādu mazāks par rampas “Gala vērtību”;

Regulatoru darbība

– Visiem četriem reaktora regulatoriem ir divi darbības režīmi: manuālais un automātiskais. Manuālajā režīmā atgriezeniskā saite ir atvērta, PID algoritms nedarbojas, operatoram un sistēmai ir iespēja mainīt vārsta vadības darbību. Automātiskajā režīmā atgriezeniskā saite ir aizvērta, darbojas PID algoritms, operatoram un sistēmai ir iespēja mainīt temperatūras mērķi;

– Četri reaktora regulatori ir apvienoti divās kaskādes vadības ķēdēs, no kurām katrai ir galvenais un palīgregulators. Kaskāde tiek uzskatīta par slēgtu, ja pakārtotie un galvenie kontrolleri ir automātiskajā režīmā;

– Galvenais regulators nevar būt automātiskās vadības režīmā, ja pakārtotais ir manuālajā režīmā. Ja operators vai sistēma pārslēdz palīgkontrolieri manuālajā režīmā, arī galvenais pārslēgsies uz manuālo režīmu un atveras kaskāde. Ja operators vai sistēma pārslēdz vergu kontrolieri uz automātisko režīmu, galvenais režīms nemainās (paliek manuāli), kaskāde paliek atvērta. Galveno kontrolieri var pārslēgt uz automātisko režīmu tikai tad, ja pakārtotais ir automātiskajā režīmā;

– Kad galvenais regulators ir ieslēgts automātiskajā režīmā, kaskādes slēgšana bez triecieniem tiek nodrošināta, iepriekš iestatot galvenā regulatora vadības darbību, kas ir vienāda ar pakārtotā regulatora uzdevumu.

Kaskādes vadība ir vadība, kurā ir savienotas divas vai vairākas vadības cilpas, lai viena regulatora izeja regulē otra kontrollera uzdoto vērtību.

Augšējā attēlā ir blokshēma, kas ilustrē kaskādes vadības koncepciju. Diagrammas bloki faktiski attēlo divu vadības cilpu sastāvdaļas: galveno cilpu, kas sastāv no vadības elementiem A, E, F un G, un pakārtoto cilpu, ko veido vadības elementi A, B C, un D. Galvenās cilpas kontrollera izeja ir atsauce (uzdotā vērtība) pakārtotā vadības cilpas kontrollerim. Pakalpojuma ķēdes kontrolleris rada izpildmehānisma vadības signālu.

Procesiem, kuriem ir nozīmīgi nobīdes raksturlielumi (kapacitāte vai pretestība, kas palēnina mainīgā lieluma izmaiņas), kaskādes sistēmas vergu vadības cilpa var agrāk noteikt neatbilstību procesā un tādējādi samazināt laiku, kas nepieciešams neatbilstības novēršanai. Var teikt, ka vergu vadības cilpa “dalās” ar aizkavi un samazina traucējumu ietekmi uz procesu.

Kaskādes vadības sistēmā tiek izmantots vairāk nekā viens primārais sensora elements, un kontrolieris (pakalpojuma vadības cilpā) saņem vairāk nekā vienu ieejas signālu. Tāpēc kaskādes vadības sistēma ir vairāku cilpu vadības sistēma.

Kaskādes vadības sistēmas piemērs

Iepriekš minētajā piemērā vadības cilpa galu galā būs vadošā cilpa, veidojot kaskādes vadības sistēmu. Vergu ķēde tiks pievienota vēlāk. Šī procesa mērķis ir sildīt ūdeni, kas iet caur siltummaiņa iekšpusi, plūstot ap caurulēm, caur kurām tiek izvadīts tvaiks. Viena no procesa iezīmēm ir tāda, ka siltummaiņa korpusam ir liels tilpums un tajā ir daudz ūdens. Lielam ūdens daudzumam ir jauda, ​​kas ļauj to uzglabāt liels skaits siltumu. Tas nozīmē, ka, mainoties ūdens temperatūrai, kas nonāk siltummainī, šīs izmaiņas tiks atspoguļotas siltummaiņa izejā ar lielu kavēšanos. Kavēšanās iemesls ir lielā ietilpība. Vēl viena šī procesa iezīme ir tāda, ka tvaika caurules pretojas siltuma pārnešanai no cauruļu iekšpusē esošā tvaika uz ūdeni ārpus caurulēm. Tas nozīmē, ka starp tvaika plūsmas izmaiņām un atbilstošām ūdens temperatūras izmaiņām būs nobīde. Šīs kavēšanās iemesls ir pretestība.

Šīs vadības cilpas primārais elements kontrolē no siltummaiņa izejošā ūdens temperatūru. Ja izplūdes ūdens temperatūra ir mainījusies, atbilstošās fizikālās izmaiņas primārajā elementā mēra ar devēju, kas pārvērš temperatūras vērtību signālā, kas tiek nosūtīts uz kontrolieri. Kontrolieris mēra signālu, salīdzina to ar iestatīto punktu, aprēķina starpību un pēc tam rada izejas signālu, kas kontrolē tvaika līnijas vadības vārstu, kas ir vadības cilpas (regulatora) gala elements. Tvaika regulēšanas vārsts vai nu palielina, vai samazina tvaika plūsmu, ļaujot ūdens temperatūrai atgriezties iestatītajā punktā. Taču procesa aizkavēšanās īpašību dēļ ūdens temperatūras izmaiņas būs lēnas un paies ilgs laiks, līdz vadības cilpa varēs nolasīt, cik daudz ūdens temperatūra ir mainījusies. Līdz tam laikam var būt notikušas pārāk lielas ūdens temperatūras izmaiņas. Rezultātā vadības cilpa radīs pārmērīgi spēcīgu vadības darbību, kas var izraisīt novirzi pretējā virzienā (pārsniegumu), un atkal tā “gaidīs” rezultātu. Šādas lēnas reakcijas dēļ ūdens temperatūra var ilgstoši palielināties un pazemināties, pirms tā atkal nostājas uz iestatīto punktu.

Vadības sistēmas īslaicīgā reakcija tiek uzlabota, ja sistēma tiek papildināta ar otro kaskādes vadības cilpu, kā parādīts attēlā iepriekš. Pievienotā cilpa ir kaskādes vadības vergu cilpa.

Tagad, kad mainās tvaika plūsma, šīs izmaiņas uztvers plūsmas sensora elements (B) un mērīs raidītājs (C), kas nosūta signālu uz palīgkontrolieri (D). Tajā pašā laikā temperatūras sensors (E) galvenajā vadības cilpā uztver jebkādas izmaiņas ūdens temperatūrā, kas iziet no siltummaiņa. Šīs izmaiņas mēra ar mērpārveidotāju (F), kas nosūta signālu galvenajam kontrollerim (G). Šis kontrolieris veic mērīšanas, salīdzināšanas, aprēķina funkcijas un rada izejas signālu, kas tiek nosūtīts uz vergu kontrolieri (D). Šis signāls koriģē pakārtotā regulatora uzdoto vērtību. Pēc tam pakārtotais regulators salīdzina signālu, ko tas saņem no plūsmas sensora (C) ar jauno uzdoto vērtību, aprēķina starpību un ģenerē korekcijas signālu, kas tiek nosūtīts uz vadības vārstu (A), lai regulētu tvaika plūsmu.

Vadības sistēmā, kurā galvenajai cilpai ir pievienota pakārtotā vadības cilpa, visas tvaika plūsmas izmaiņas nekavējoties uztver papildu cilpa. Nepieciešamie regulējumi tiek veikti gandrīz nekavējoties, pirms tvaika plūsmas traucējumi ietekmē ūdens temperatūru. Ja mainās no siltummaiņa izplūstošā ūdens temperatūra, sensors uztver šīs izmaiņas, un galvenā vadības cilpa pielāgo regulatora uzdoto vērtību pakārtotajā vadības kontūrā. Citiem vārdiem sakot, tas iestata iestatīto punktu vai "novirza" regulatoru pakārtotā vadības cilpā, lai pielāgotu tvaika plūsmu, lai sasniegtu vēlamo ūdens temperatūru. Tomēr šī pakārtotā cilpas kontrollera reakcija uz tvaika plūsmas izmaiņām samazina laiku, kas nepieciešams, lai kompensētu tvaika plūsmas radītos traucējumus.

Kaskādes sistēmas tiek izmantotas, lai automatizētu objektus, kuriem ir liela inerce gar vadības kanālu, ja ir iespējams izvēlēties starpkoordinātu, kas ir mazāk inerciāla attiecībā pret visbīstamākajiem traucējumiem un izmantot tai to pašu regulējošo darbību kā galvenajam izvadam. no objekta.

Šajā gadījumā vadības sistēma (19. att.) ietver divus regulatorus - galveno (ārējo) regulatoru. R, kas kalpo objekta galvenās izejas stabilizēšanai y, un papildu (iekšējais) regulators R 1, kas paredzēts palīgkoordinātas regulēšanai plkst 1 .Papildu kontrollera mērķis ir galvenā kontrollera izejas signāls.

Regulējošo likumu izvēli nosaka regulatoru mērķis:

Lai saglabātu galveno izvades koordinātu noteiktā vērtībā bez statiskas kļūdas, galvenā kontrollera vadības likumā jāiekļauj neatņemama sastāvdaļa;

Papildregulatoram ir jāreaģē ātri, tāpēc tam var būt jebkurš kontroles likums.

Salīdzinot vienas ķēdes un kaskādes ASR, redzams, ka, pateicoties lielākam iekšējās cilpas ātrumam kaskādes ASR, pārejas procesa kvalitāte palielinās, īpaši kompensējot traucējumus, kas nāk caur vadības kanālu. Ja saskaņā ar procesa apstākļiem tiek uzlikts ierobežojums papildu mainīgajam lielumam (piemēram, temperatūra nedrīkst pārsniegt maksimāli pieļaujamo vērtību vai plūsmas ātruma attiecībai jābūt noteiktās robežās), tad ierobežojums tiek noteikts arī galvenā kontrollera izejas signāls, kas ir palīgkontrolera uzdevums. Lai to izdarītu, starp regulatoriem ir uzstādīta ierīce ar pastiprinātāja sekcijas īpašībām ar piesātinājumu.

Rīsi. 19. Kaskādes automatizētās vadības sistēmas blokshēma:

W, W 1 – galvenie un palīgkanāli plkst 1 objekta kontrolētos daudzumus; R, R 1 – galvenie un palīgregulatori; х Р, х Р1 – regulatoru regulējošās ietekmes R Un R 1 ; ε, ε 1 - neatbilstības lielums starp kontrolēto lielumu pašreizējo un iestatīto vērtību plkst Un plkst 1 ; plkst 0 – uzdevums galvenajam kontrolierim R

Termotehnoloģiju iekārtu kaskādes automatizēto vadības sistēmu piemēri. Attēlā 20. attēlā parādīts kaskādes sistēmas piemērs šķidruma temperatūras stabilizēšanai pie siltummaiņa izejas, kurā palīgkontūra ir apkures tvaika plūsmas ASR. Ja rodas tvaika spiediena traucējumi, regulators 1 maina vadības vārsta atvēršanas pakāpi tā, lai saglabātu norādīto plūsmas ātrumu. Ja aparātā ir traucēts termiskais līdzsvars (ko izraisa, piemēram, ieplūdes temperatūras vai šķidruma plūsmas ātruma izmaiņas, tvaika entalpija, siltuma zudumi vidi), izraisot izejas temperatūras novirzi no iestatītās vērtības, temperatūras regulators 2 pielāgo uzdevumu tvaika plūsmas regulatoram 1.

Termotehnoloģiskos procesos bieži vien galvenajām un palīgkoordinātēm ir vienāds fiziskais raksturs un tās raksturo viena un tā paša tehnoloģiskā parametra vērtības dažādos sistēmas punktos (21. att.).

20. att. Kaskādes sistēma temperatūras regulēšana (2. pozīcija) ar uzdevuma korekciju tvaika plūsmas regulatoram (1. pozīcija)

Rīsi. 21. Kaskādes ASR blokshēma ar palīgkoordinātas mērījumu starppunktā

Attēlā 22 parāda fragmentu tehnoloģiskā shēma, ieskaitot reakcijas maisījuma sildītāju 2 un reaktoru 1, un temperatūras stabilizācijas sistēmu reaktorā.

Tvaika plūsmas kontroles efekts tiek piegādāts siltummaiņa ieejā. Vadības kanāls, kas ietver divas ierīces un cauruļvadus, ir sarežģīta dinamiska sistēma ar augstu inerci. Objektu ietekmē vairāki traucējumi, kas nonāk dažādos sistēmas punktos: tvaika spiediens un entalpija, reakcijas maisījuma temperatūra un plūsmas ātrums, siltuma zudumi reaktorā uc Lai palielinātu vadības sistēmas ātrumu, kaskādes ACS tiek izmantots, kurā galvenais regulējamais lielums ir temperatūra reaktorā, un kā palīgs tika izvēlēta siltummaiņa un reaktora maisījuma temperatūra.

Rīsi. 22. Kaskādes temperatūras kontroles sistēma (4. poz.) reaktorā (1. poz.) ar temperatūras regulatora iestatījuma korekciju (3. poz.) siltummaiņa izejā (2. poz.)

Kaskādes ASR aprēķins. Kaskādes ASR aprēķins ietver galveno un papildu regulatoru iestatījumu noteikšanu objekta dotajiem dinamiskajiem raksturlielumiem galvenajos un papildu kanālos. Tā kā galvenā un papildu regulatoru iestatījumi ir savstarpēji atkarīgi, tos aprēķina, izmantojot iterācijas metodi.

Katrā iterācijas solī tiek aprēķināts samazināts vienas cilpas ASR, kurā viens no kontrolleriem nosacīti atsaucas uz līdzvērtīgu objektu. Kā redzams no blokshēmām attēlā. 23, līdzvērtīgs objekts galvenajam regulatoram (23. att., a) ir slēgtas palīgķēdes un galvenā vadības kanāla virknes savienojums; tā pārsūtīšanas funkcija ir vienāda ar

(93)

Rīsi. 23. Strukturālās diagrammas ekvivalenta vienas ķēdes vadības sistēma ar galveno (a) un papildu (b) regulatoru: iepriekš - līdzvērtīga vienas ķēdes ķēde; zemāk – kaskādes ACP pārveidošana uz vienas ķēdes

Līdzvērtīgs objekts palīgkontrolierim 2 (23. att.) ir palīgkanāla un galvenās atvērtās cilpas sistēmas paralēlais savienojums. Tās pārsūtīšanas funkcijai ir šāda forma:

(p)=W 1 (p) – W(p)R(p).(94)

Aprēķins sākas ar galveno regulatoru. Metode tiek izmantota gadījumos, kad palīgkanāla inerce ir daudz mazāka nekā galvenajam. Pirmajā posmā tiek pieņemts, ka galvenās ķēdes darbības frekvence ( ω p) daudz mazāks nekā palīgs ( ω p1) un plkst ω=ω р

. (95)

. (96)

Tādējādi, kā pirmo tuvinājumu, iestatījumi S 0 galvenais regulators 1 nav atkarīgs no R1(p) un atrodas līdz W e °(p).

Otrajā solī tiek aprēķināti papildu kontrollera iestatījumi ekvivalentam objektam (1) ar pārsūtīšanas funkciju W 1 e (p), ko tie aizstāj R(p,S°).

Apvienotā ĀKK

Kombinētās automatizētās vadības sistēmas tiek izmantotas objektu automatizācijā, kas pakļauti būtiskiem kontrolētiem traucējumiem. Sistēmas tiek sauktas par kombinētām, jo ​​to uzbūvē tiek izmantoti divi regulēšanas principi: “ar novirzi” (Polzunova princips) un “ar traucējumiem” (Ponceleta princips). Sistēmām, kas veidotas pēc Polzunova principa, ir negatīva atgriezeniskā saite un tās darbojas slēgtā ciklā. Traucējumu sistēmas (Poncelet) atsauksmes nav un darbojas atvērtā ciklā.

Ir divi veidi, kā izveidot kombinētas automatizētas vadības sistēmas ar blokshēmām, kas parādītas attēlā. 24 un 25. Kā redzams no šīm blokshēmām, abām sistēmām ir kopīgas iezīmes: divu kanālu klātbūtne, kas ietekmē objekta izejas koordinātu, un divu vadības cilpu izmantošana - slēgta (caur regulatoru 1 ) un atvērts (caur kompensatoru 2 ). Vienīgā atšķirība ir tāda, ka otrajā gadījumā koriģējošais impulss no kompensatora tiek piegādāts nevis objekta ievadei, bet gan regulatora ieejai.

Rīsi. 24. Kombinētā ASR blokshēmas, pieslēdzot kompensatora izeju ar objekta ieeju: a – oriģinālā diagramma; b – pārveidotā diagramma; 1 – regulators; 2 – kompensators

Rīsi. 25. Kombinētā ASR blokshēmas, pieslēdzot kompensatora izeju pie regulatora ieejas: a – oriģinālā ķēde; b – pārveidotā diagramma; 1 – regulators; 2 – kompensators

Korektīva impulsa ieviešana, pamatojoties uz spēcīgākajiem traucējumiem, var ievērojami samazināt dinamiskās vadības kļūdu pareizā izvēle un dinamiskās ierīces aprēķins, kas veido šīs ietekmes izmaiņu likumu.

Pamats šādu sistēmu aprēķināšanai ir nemainības princips: sistēmas izejas koordinātas novirzei no noteiktās vērtības jābūt vienādai ar nulli jebkuras braukšanas vai traucējošas ietekmes gadījumā.

Lai izpildītu invariances principu, ir nepieciešami divi nosacījumi: ideāla visu traucējošo ietekmju kompensācija un ideāla uzdevuma signāla reproducēšana. Ir skaidrs, ka absolūtas nemainības sasniegšana reālās vadības sistēmās ir praktiski neiespējama. Parasti tie aprobežojas ar daļēju nemainīgumu attiecībā uz visbīstamākajiem traucējumiem. Apskatīsim atvērtā cikla un kombinētās vadības sistēmu nemainīguma nosacījumu attiecībā uz vienu traucējošo ietekmi.

Nemainības nosacījums atvērtai cilpai un kombinētajam ASR. Apskatīsim atvērtās cilpas sistēmas invariances nosacījumu (26. att.): y(t)= 0.

Rīsi. 26. Atvērtās cilpas automātiskās vadības sistēmas blokshēma

Pārejam uz Laplasa attēliem X B (r) Un J(p) signāliem x V (t) Un y(t), Pārrakstīsim šo nosacījumu, ņemot vērā objekta pārneses funkcijas pa traucējumu kanāliem WB(p) un regulējums W Р (p) un kompensators RK(p):

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

Traucējumu klātbūtnē[ ] nemainīguma nosacījums (97) ir izpildīts, ja

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

R k () = -W В ()/W Р ().(99)

Tādējādi, lai nodrošinātu vadības sistēmas nemainību attiecībā uz jebkādiem traucējumiem, nepieciešams uzstādīt dinamisko kompensatoru, kura pārneses funkcija ir vienāda ar objekta pārneses funkciju attiecību pa traucējumu un vadības kanāliem, ņemot vērā ar pretēju zīmi.

Atvasināsim invariances nosacījumus kombinētajiem ASR. Gadījumā, ja signāls no kompensatora tiek piegādāts objekta ievadei (sk. 24. att., a), kombinētās ASR blokshēma tiek pārveidota par atvērtas cilpas sistēmas un slēgtas cilpas virknes savienojumu ( sk. 24. att., b), kuru pārsūtīšanas funkcijas ir attiecīgi vienādas:

.

Šajā gadījumā nemainīguma nosacījumu (97) raksta šādi:

Ja X B (p) 0 un W ZS p), ir jāievēro šāds nosacījums:

tie. nemainīguma nosacījums.

Izmantojot kombinēto vadības sistēmu (sk. 25. att., a), invariances nosacījumu atvasināšana noved pie sakarībām. ( sk. 25. attēlu, b):

(101)

Ja XB(p)0 Un W ZS (r) , tad ir jāievēro šāds nosacījums:

R līdz (p) = -W B (p) /.(103)

Tādējādi, savienojot kompensatora izeju ar kontroliera ieeju, kompensatora pārsūtīšanas funkcija, kas iegūta no nemainīguma nosacījuma, būs atkarīga ne tikai no objekta, bet arī kontroliera īpašībām.

Nemainīgo ASR fiziskās realizācijas nosacījumi. Viena no galvenajām problēmām, kas rodas, konstruējot invariantās vadības sistēmas, ir to fiziskā realizējamība, t.i. kompensatora iespējamība, kas atbilst nosacījumiem (99) vai (103).

Atšķirībā no parastajiem rūpnieciskajiem regulatoriem, kuru struktūra ir dota un ir nepieciešams tikai aprēķināt to iestatījumus, dinamiskā kompensatora struktūru pilnībā nosaka objekta dinamisko raksturlielumu attiecība gar traucējumu un vadības kanāliem un var izrādīties. būt ļoti sarežģītam, un, ja šo īpašību attiecība ir nelabvēlīga, fiziski neiespējama.

“Ideālie” kompensatori ir fiziski nerealizējami divos gadījumos:

Ja tīrais aizkaves laiks gar vadības kanālu ir lielāks nekā traucējumu kanālā. Šajā gadījumā ideālajam kompensatoram jāietver vadošā saite, jo, ja:

(104)

, (105)

tad ņemot vērā (99):

(106)

Ja kompensatora pārneses funkcijā polinoma pakāpe skaitītājā ir lielāka par polinoma pakāpi saucējā. Šajā gadījumā kompensatoram jābūt ideālām diferencējošām saitēm. Šis rezultāts tiek iegūts noteiktai diferenciālvienādojumu kārtu attiecībai, kas apraksta traucējumus un vadības kanālus. Ļaujiet

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

Kur B (P), A B (p), V P (p), A P (p)- grādu polinomi t V, n B, m P Un n lpp attiecīgi.

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

Tādējādi invarianta ASR fiziskās realizējamības nosacījums ir, ka ir izpildītas šādas attiecības:

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

Piemērs. Apskatīsim temperatūras kontroles sistēmu ķīmiskajā reaktorā ar maisīšanas ierīci, kurā notiek eksotermiska reakcija (27. att.).

Rīsi. 27. Shematiska diagrammaķīmiskais reaktors ar maisīšanas iekārtu: 1 – temperatūras mērītājs; 2 – vadības vārsts; 3 – plūsmas mērītājs

Ļaujiet galveno traucējumu kanālu - "reakcijas maisījuma plūsmas ātrumu - temperatūru reaktorā" - tuvināt ar divām pirmās kārtas periodiskām saitēm, bet vadības kanālu - "dzesēšanas šķidruma plūsmas ātrumu - temperatūru reaktorā" - ar trīs pirmās kārtas periodiskas saites:

, (109)

, (110)

Kur T 1 , T 2 , T 3 – reaktora galveno termotvertņu, termometra un dzesēšanas apvalka lielākās laika konstantes.

Lai izveidotu nemainīgu vadības sistēmu, kas atbilst izteiksmei (99), ir jāievieš kompensators ar pārsūtīšanas funkciju:

, (111)

kas ir fiziski nerealizējams, jo šajā gadījumā nosacījums tiek pārkāpts un kompensatoram jābūt ideālai diferencējošai saitei.

Vingrinājums

Saskaņā ar piemēru izstrādājiet rektifikācijas iekārtas vadības sistēmu. Aprēķināt , .

Sākotnējie dati.

1. Destilācijas iekārtas diagramma (28. att.). Iekārta sastāv no destilācijas kolonnas UZ, siltummainis sākotnējā maisījuma sildīšanai T-1, katls T-2, kondensators T-3 un atteces tvertne E.

Kolonna atdala bināro maisījumu. Atdalīto komponentu viršanas temperatūras būtiski atšķiras, kā rezultātā kolonnai ir mazs plākšņu skaits un neliels augstums. Aizkavēšanās un inerce traucējošo un kontroles ietekmju pārraides kanālos ir salīdzinoši neliela. Pastāv spēcīgas iekšējas saiknes starp procesa galvenajiem kontrolētajiem (regulētajiem) daudzumiem - destilāta un grunts produkta sastāviem (temperatūrām).

Tvaika plūsmā, kas nāk no augšas destilācijas kolonna, satur sastāvdaļas, kas T-3 siltummaiņa darbības apstākļos nekondensējas inertās gāzēs. Tie tiek izvadīti no apūdeņošanas tvertnes pūšanai (degvielas tīklā).

Instalācijas darbības režīms ir pakļauts lieliem un biežiem traucējumiem: plūsmas ziņā F un sastāvs X F izejvielas; pēc piegādātā sildītāja spiediena (plūsmas ātruma). siltummainis T-I un katls T-2; atbilstoši kondensatoram T-3 piegādātā aukstumaģenta spiedienam (plūsmai).

Rektifikācijas procesa “galvenās” vadības ierīces ir regulējošās iestādes, kas atrodas kolonnas atteces padeves līnijā UZ un apkures aģenta padeves līnijas uz T-2 katlu.

Rīsi. 28. Rektifikācijas iekārtas shēma

2. Tiek iestatīti objekta dinamiskie parametri: (laika konstantes T; kavējumi τ; pārraides koeficients UZ v) pa kanāliem:

A. “regulatora stāvokļa maiņa P01 – izejvielu patēriņš F» (X R 1 F);

b. “regulatora stāvokļa maiņa P02 – sildītāja patēriņš F 1" (X R 2 F 1 );

b*. “regulatora stāvokļa maiņa P02 - izejvielu temperatūra θ F pēc T-1" (X R 2 θ F);

V. “pārvaldes iestādes pozīcijas maiņa P03 - destilāta sastāvs X D» (X R 3 X D);

d. “regulatora stāvokļa maiņa P04 - spiediens R kolonnā" (X R 4 P);

d. "regulatora P05 pozīcijas maiņa - līmenis kolonnas kubā" (X R 5 L);

e. “regulējošās institūcijas nostājas maiņa P02 * - izejvielu temperatūra θ F pēc T-1" (X R 2* θ F);

un. “regulējošās institūcijas pozīcijas maiņa P04 * - spiediens P kolonnā" (X R 4* R);

h. “regulatora P06 stāvokļa maiņa - temperatūra kolonnas apakšā” (X R 6 θ TO);

z*. “regulējošā korpusa PO6 stāvokļa maiņa - temperatūra θ B kolonnas augšpusē” (X R 6 θ B);

Un. “regulējošā korpusa stāvokļa maiņa ROZ - temperatūra θ B kolonnas augšpusē" (X P3 θ B);

Un * . “regulējošās iestādes stāvokļa maiņa ROZ - temperatūraθ UZ kolonnas apakšā" (X R 3 θ UZ).

3. Norādīti uz objektu iedarbojošo traucējumu lielumi, izteikti % no regulējošās institūcijas gājiena:

a) kanāls X R 1 F(pamatojoties uz izejvielu patēriņu F);

b) kanāli X R 2 F 1 , X P2 θ F(ar sildīšanas līdzekļa spiedienu P 1 un tā siltuma saturu q 1);

c) kanāls X R 3 X D(atbilstoši izejvielu sastāvam X F);

d) kanāls X P4 P(ar spiedienu R 2 aukstumaģents tiek piegādāts kondensatoram T-3);

d) kanāls X R 5 L(pēc siltuma satura q 2 apkures aģents piegādāts katlam T-2).

4. Noteiktas prasības regulēšanas procesa kvalitātei (dinamiskā kļūda X maks, regulēšanas laiks t P, pārejošu procesu vājinājuma pakāpe ψ , statiskās vadības kļūda X cm).

Sākotnējie dati uzdevuma 2. punktam (a - d), 3. un 4. punktam ir norādīti tabulā. 9, a 2. punktiem (f, g, h, i) - tabulā. 10 sākotnējie dati.

9.tabula Objekta dinamiskie parametri un kvalitātes prasības regulēšanas procesam

10.tabula Objekta dinamiskie parametri un kvalitātes prasības regulēšanas procesam

Kontroles jautājumi

1. Kaskādes automatizētās vadības sistēmas procesu vadības shēmās. To uzbūves un darbības principi. Kaskādes automatizēto vadības sistēmu piemēri rūpniecībā un enerģētikā.

2. Kombinētās automatizētās vadības sistēmas procesu vadības shēmās. Uzbūves un darbības principi. Fiziskās iespējamības nosacījumi. Kombinēto automatizēto vadības sistēmu piemēri rūpniecībā un enerģētikā.

PRAKTIKUMS Nr.8 (2 stundas)

Lekcijā aplūkotie jautājumi:

1. Kas ir līdzvērtīgs objekts kaskādes ACS.

2. Kaskādes automatizēto vadības sistēmu efektivitātes skaidrojums.

3. Kaskādes ASR aprēķināšanas metodes.

4. ASR aprēķins ar papildu impulsu, pamatojoties uz atvasinājumu.

Kaskādes vadības sistēmas ir tās sistēmas, kurās viena kontrollera izejas signāls tiek nosūtīts kā uzdevums otram. Objekta galvenie un palīgparametri tiek attiecīgi piegādāti ieejas signālu veidā šiem kontrolleriem. Šajā gadījumā tikai galvenajam regulatoram ir neatkarīgs iestatījums. Papildkontroliera izejas signāls tiek piegādāts kā regulējoša ietekme uz objektu. Parasti galvenās vadības kontūras iekšpusē atrodas papildu slēgtā vadības cilpa, ko veido objekta ātrgaitas daļa un papildu regulators. 1.8.1. attēlā parādīta kaskādes vadības sistēmas diagramma. Kaskādes vadības sistēmas nodrošina:

1) papildu vadības cilpu ietekmējošo traucējumu ātra kompensācija, kā rezultātā šie traucējumi neizraisa galvenā parametra novirzi no iestatītās vērtības;

1 – galvenais regulators; 2 – palīgregulators; 3, 4 – ātras – un lēnas darbības objekta daļas

1. attēls - kaskādes vadības shēma

2) ievērojams fāzes nobīdes samazinājums objekta ātrgaitas daļā, jo veidojas palīgvadības cilpa, kas palielina galvenās cilpas veiktspēju;

3) objekta ātrgaitas daļas pārraides koeficienta izmaiņu kompensācija, mainot palīgvadības loka pārraides koeficientu;

4) nepieciešamā vielas vai enerģijas padeve objektam

Līdz ar to kaskādes vadības sistēmas vēlams izmantot gadījumos, kad nepieciešams ar augstu precizitātes pakāpi uzturēt vadāmo parametru noteiktā vērtībā, kā arī kad ir ļoti liela objekta aizkave. Papildu vadības cilpu var, piemēram, aizvērt ap objekta integrējošo elementu, lai pārvarētu savu aizkavi. Plūsmu var izmantot kā papildu mainīgo, jo šī parametra vadības cilpas ātruma dēļ tiek novērstas būtiskas galvenā vadāmā mainīgā novirzes.

Lai izveidotu kaskādes vadības sistēmu, vispirms ir jānosaka pieņemams starpposma mainīgais, kas dažos gadījumos ir diezgan grūti.

Kaskādes plūsmas kontroles sistēmas tiek izmantotas, lai nepārtraukti piegādātu vielu objektā vai izvestu no tā. Parasti plūsmas regulēšanu veic, mainot vārstam piegādāto gaisa spiedienu ar nelineāru raksturlielumu. Ja šajā gadījumā parametra pašreizējās vērtības mērīšana tiek veikta, izmantojot mainīgo spiediena diferenciālo metodi (kurā sensora izejas signāls ir nelineāri atkarīgs no plūsmas ātruma), tad abas nelinearitātes viena otru kompensē.

Mainīga spiediena starpības metodes izmantošana papildu ķēdē, lai kontrolētu siltuma apmaiņas vai sajaukšanas procesus, var radīt papildu grūtības. Pieņemsim, ka objekta kontrolētais parametrs ir lineārs attiecībā pret plūsmas ātrumu. Galvenā regulatora izejas signāls ir proporcionāls spiediena kritumam, kas mainās tieši ar plūsmas ātruma kvadrātu. Līdz ar to cilpas pastiprinājums mainīsies apgriezti plūsmas ātrumam. Tomēr daudzi procesi ir jāregulē palaišanas laikā; Turklāt bieži vien objektā ir nepieciešams ilgstoši uzturēt zemus plūsmas ātrumus, kas ir diezgan grūti. Ja galvenais regulators nav pārslēgts uz manuālo vadību, tad vadības lokā, kas atrodas tuvu nulles plūsmas ātrumam, radīsies neslāpētas svārstības. Lai tas nenotiktu, plūsmas mērīšanas līnijā ir vēlams iekļaut ierīci kvadrātsakņu iegūšanai, lai linearizētu palīgķēdi.

Plūsmas regulēšanas cilpas svārstību periods parasti ir vairākas sekundes. Tāpēc plūsmas ātrums netiek izmantots kā galvenais parametrs kaskādes shēmās, regulējot siltuma pārnesi vai sajaukšanas procesus.

Regulējot viršanas šķidrumu vai kondensācijas tvaiku līmeni, tiek izmantotas kaskādes vadības sistēmas ar plūsmas korekciju. Šādās sistēmās galvenās ķēdes dabisko svārstību periods ir lielāks nekā plūsmas regulēšanas ķēdes svārstību periods.

Kaskādes temperatūras kontroles sistēmas tiek izmantotas diezgan plaši. Veicot ķīmiskās reakcijas Lai iegūtu augstas kvalitātes kontroli, reaktora temperatūras regulatora izejas signāls parasti tiek nosūtīts uz dzesēšanas šķidruma temperatūras regulatora iestatīšanas kameru, t.i., tiek izmantota dzesēšanas šķidruma temperatūras kaskādes regulēšanas ķēde, kuras pamatā ir reaktora temperatūra. Siltuma apmaiņas intensitāte ir atkarīga no temperatūras starpības starp reaģējošām vielām un dzesēšanas šķidrumu, tāpēc dzesēšanas šķidruma temperatūras pašreizējā vērtība ietekmē procesu.

Vadības sistēmas darbību ietekmē papildu vadības cilpas nelinearitāte un fāzes nobīdes. Tā kā šādā sistēmā papildu temperatūras regulatora proporcionalitātes diapazons parasti nepārsniedz 25%, šī regulatora astatiskās sastāvdaļas efektu var neievērot.

Neliela aukstumaģenta temperatūras pārsniegšana būtiski neietekmē sistēmas darbību, jo astatiskā sastāvdaļa vienmēr darbojas galvenajā ķēdē. Astatiska komponenta klātbūtne palīgķēdē tikai nedaudz samazinātu temperatūras izmaiņu ātrumu. Regulējot dzesēšanas šķidruma temperatūru sērijveida reaktorā, astatisko komponentu neizmanto. Parasti, projektējot kaskādes kontroles sistēmas, galvenais uzdevums ir noteikt galvenās un papildu temperatūras regulēšanas cilpas dabisko svārstību periodu attiecību. Ja abās shēmās tiek izmantota viena un tā pati mērīšanas metode, tad attiecības starp ķēžu dabisko svārstību periodiem ir lineāras un līdz ar to galvenās ķēdes pārraides koeficients būs nemainīgs.

Kaskādes ASR aprēķins ietver galveno un papildu regulatoru iestatījumu noteikšanu objekta dotajiem dinamiskajiem raksturlielumiem galvenajos un papildu kanālos. Tā kā galvenā un papildu regulatoru iestatījumi ir savstarpēji atkarīgi, tos aprēķina, izmantojot iterācijas metodi.

Katrā iterācijas solī tiek aprēķināts samazināts vienas cilpas ASR, kurā viens no kontrolleriem nosacīti atsaucas uz līdzvērtīgu objektu.

Galvenā regulatora līdzvērtīgs objekts ir slēgtas palīgcilpas un galvenā vadības kanāla virknes savienojums.

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

kur R1 (p) ir papildu kontrollera pārsūtīšanas funkcija,

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

Papildu kontroliera ekvivalents objekts ir palīgkanāla un galvenās atvērtās cilpas sistēmas paralēlais savienojums.

W E 1 (p) = W 1 (p) – W(p)*R (p), (2)

kur R (p) ir galvenā kontrollera pārsūtīšanas funkcija

Atkarībā no pirmā iterācijas posma tiek izdalītas divas kaskādes ACP aprēķināšanas metodes.

1. metode. Aprēķins sākas ar galveno regulatoru. Metode tiek izmantota gadījumos, kad palīgkanāla inerce ir daudz mazāka nekā galvenajam. Pirmajā posmā tiek pieņemts, ka galvenās ķēdes darbības frekvence ir daudz zemāka nekā palīgķēdes. Un tad:

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

Otrajā solī tiek aprēķināti līdzvērtīgā objekta papildu kontrollera iestatījumi.

Aptuvenu aprēķinu gadījumā pirmie divi soļi ir ierobežoti. Lai veiktu precīzus aprēķinus, tie tiek turpināti, līdz kontrollera iestatījumi, kas atrasti divās secīgās iterācijās, sakrīt ar norādīto precizitāti.

2. metode. Aprēķins sākas ar papildu regulatoru. Pirmajā darbībā tiek pieņemts, ka ārējais regulators ir atspējots. Tādējādi, sākot ar pirmo tuvinājumu, papildu regulatora iestatījumi tiek atrasti, izmantojot vienas ķēdes ACP papildu vadības kanālam no izteiksmes:

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

Otrajā solī tiek aprēķināti galvenā kontrollera iestatījumi, izmantojot līdzvērtīga objekta pārsūtīšanas funkciju. Lai precizētu papildu kontrollera iestatījumus, aprēķins tiek veikts, izmantojot pārsūtīšanas funkciju. Aprēķini tiek veikti, līdz papildu kontrollera iestatījumi, kas atrasti divās secīgās iterācijās, sakrīt ar norādīto precizitāti.

ASR ar papildu impulsu, pamatojoties uz atvasinājumu no starppunkta .

Šādas sistēmas parasti izmanto objektu automatizācijā, kurā kontrolēts tehnoloģiskais parametrs (piemēram, temperatūra vai sastāvs) ir sadalīts pa telpisko koordinātu (kā kolonnas vai cauruļveida ierīcēs). Šādu objektu īpatnība ir tāda, ka galvenā vadāmā koordināte ir tehnoloģiskais parametrs aparāta izejā, traucējumi tiek sadalīti visā aparāta garumā, un regulējošais efekts tiek piemērots tā ievadei. Tajā pašā laikā vienas ķēdes slēgtā cikla automātiskās vadības sistēmas nenodrošina nepieciešamo pārejas procesu kvalitāti vadības kanāla lielās inerces dēļ.

Papildu impulsa ievadīšana regulatora ieejai no ierīces starppunkta dod vadošo signālu, un kontrolieris sāk darboties, pirms izejas koordinātas novirzes no iestatītās vērtības.

Lai nodrošinātu regulēšanu bez statiskās kļūdas, ir nepieciešams, lai papildu impulss pazūd līdzsvara stāvoklī. Šim nolūkam palīgkoordināta tiek izvadīta caur reālo diferencējošo saiti, lai kontrollera ieejas signāls būtu vienāds ar e=y+y’ 1 –y 0 (1.9.1.a attēls). Līdzsvara stāvoklī, kad y’1 =0, kad e=0, y=y 0.

a – oriģinālā diagramma; b – pārveidots par kaskādes ASR ķēdi

2. attēls - ASR blokshēmas ar papildu impulsu, pamatojoties uz atvasinājumu no starppunkta

Papildu impulsa ieviešanas efektivitāte ir atkarīga no tā izvēles punkta. Pēdējā izvēli katrā konkrētajā gadījumā nosaka objekta dinamiskās īpašības un tā ekspluatācijas apstākļi. Tādējādi y 1 mērīšana aparāta sākumā ir līdzvērtīga papildu impulsam traucējumu dēļ, kas nāk caur vadības kanālu. Šajā gadījumā diferencēšanas ierīce spēlē dinamisko traucējumu kompensatora lomu. y 1 mērīšana objekta izejā (y 1 =y) ir līdzvērtīga galvenās koordinātas atvasinājuma ieviešanai. Katram objektam var izvēlēties optimālo vietu papildu impulsa izvēlei, pie kuras regulēšanas kvalitāte ir vislabākā.

Šādu vadības sistēmu aprēķins ir līdzīgs kaskādes ASR aprēķinam pēc atbilstošām transformācijām. 2.b attēlā parādītajā kaskādes ASR ārējā regulatora lomu spēlē saite ar pārsūtīšanas funkciju R d -1 (p), bet iekšējo - virknē savienotais regulators un diferenciators, lai pārsūtīšanas funkcijas dotajiem regulatoriem ir attiecīgi vienādas.