багатоконтурна СИСТЕМИ РЕГУЛЮВАННЯ
Багато об'єктів хімічної технології мають істотним запізнюванням і характеризуються значними збуреннями. Використання одноконтурних систем при автоматизації таких об'єктів не дозволяє забезпечити високої якості регулювання. Тому для підвищення якості регулювання цих об'єктів використовують більш складні АСР.
Каскадні АСР
У каскадних системах при регулюванні основної технологічної величини в об'єкті з великим запізнюванням використовуються також допоміжні величини, що реагують на зміна основних збурень об'єкта та регулюючого впливу з меншим запізнюванням. У таких випадках стабілізація допоміжних величин сприяє більш якісному регулюванню основної величини. Каскадна система складається з декількох контурів регулювання, кожен з яких регулює свою технологічну (основну чи допоміжну) величину. Однак застосування каскадних схем ефективно тільки в тому випадку, коли запізнювання в контурі регулювання основної величини істотно більше, ніж в контурі регулювання допоміжної величини. При автоматизації хіміко-технологічних об'єктів найчастіше використовують двоконтурні каскадні системи.
Структурна схема двоконтурної системи наведена на рис. VI - 7. В об'єкті регулювання ОР на основну у і допоміжну у1 технологічні величини впливають регулююча величина х і основне (найбільш сильне і швидко змінюється) обурення z1. На величину у діє також невелике і рідкісне обурення z. Двоконтурна каскадна система має допоміжний (стабілізуючий) контур регулювання і основний (коригувальний) контур. У стабілізуючий контур входить об'єкт ОР (канал х в†’ у1) і стабілізуючий регулятор AP1, що виробляє регулюючий вплив х. Коригувальний контур регулювання складається з об'єкта (канал х в†’ у) і коригуючого регулятора АР з незалежним завданням u. На вхід регулятора АР надходить основна регульована величина у, а на вхід регулятора AP1 - допоміжна величина у1. Вихідна величина х1 регулятора АР направляється на регулятор AP1 для зміни його завдання. Стабілізуючий контур призначений для регулювання допоміжної величини у1, а коригувальний - основний величини у.
Зазвичай застосовують наступні типи каскадних АСР: П - ПІ, ПІ - ПІ, ПІ - ПІД (перший регулятор є стабілізуючим, а другий - коригувальним).
Обурення z1 призводить до зміни спочатку допоміжної величини y1, а потім - основний величини у. Тому стабілізуючий контур регулювання швидше, ніж коригувальний, вступить в роботу і виробить регулює воздейстствіе, яке частково скомпенсує відхилення величини у від заданого значення u. Нескомпенсованих відхилення величини у призведе в дію коригувальний контур регулювання, який поступово скомпенсує це відхилення. Вплив збурення z на величину у пригнічується коригувальним контуром регулювання. При цьому стабілізуючий контур регулювання є швидкодіючим, а коригувальний - медленнодействующімі. Таким чином, застосування стабілізуючого контуру регулювання призводить до значного підвищення якості регулювання основної технологічної величини.
Для ілюстрації цього положення на рис. VI-8 наведено порівняльні графіки перехідних процесів в каскадної системі, з П - ПІ - регуляторами (крива 1) і одноконтурною системі з ПІ - регулятором (крива 2), отримані при нанесенні однакового обурення z1 на один і той же об'єкт. В одному і іншому випадках перехідні процеси носять коливальний характер і не мають статичної помилки регулювання. В той же час при використанні каскадної системи динамічна помилка і час регулювання мають менші значення. Зменшується в кілька разів і інтегральна квадратична помилка регулювання.
Рис. VI-7. Структурна схема двоконтурної каскадної системи:
ОР - об'єкт регулювання; АР - коригувальний регулятор; AP1 - стабілізуючий регулятор.
Відзначимо, що якість регулювання істотно поліпшується із зменшенням співвідношення часу запізнювання в стабилизирующем () і коректує () контурах. Тому, якщо є можливість вибору допоміжної величини, то перевагу слід віддати тій, при якій запізнювання в стабилизирующем контурі буде мінімальним.
При реалізації каскадних систем слід враховувати, що у багатьох об'єктів область технологічно допустимих значень допоміжної регульованої величини у1, яка задається коригувальним регулятором, обмежена і тому в схему необхідно вводити пристрої для обмеження величини завдання стабілізуючого регулятора.
Рис. VI-8. Перехідні процеси в каскадної П - ПІ системі (крива 1) і одноконтурною ПІ системі (Крива 2) при однаковому ступінчастому обуренні z1.
Прикладом може служити двоконтурна система регулювання температури низу колони ректифікації, підтримувана зміною подачі пари, що гріє в кип'ятильник (рис. VI-9).
Рис. VI-9 Схема двоконтурної каскадної АСР температури в отгонной частини ректифікаційної колони.
Кип'ятильник являє собою інерційний об'єкт з великим запізненням. У такому разі застосування одноконтурного регулювання температури з впливом на подачу пари в кип'ятильник зазвичай не забезпечує високої якості регулювання. Тому в схему вводять стабілізуючий контур регулювання витрати гріючої пари; володіючи великою швидкодією, цей контур компенсує обурення по зміни як витрати, так і тиску пари, що гріє. Решта обурення компенсуються регулятором температури, який впливає на задатчик регулятора витрати.
Продукт реакції
Рис. VI-10. Схема двоконтурної каскадної АСР температури в хімічному реакторі.
На рис. VI-10 наведена двоконтурна АСР температури в хімічному реакторі за допомогою зміни витрати охолоджувальної рідини в сорочці реактора. З метою забезпечення більш високої якості регулювання, в схему введений стабілізуючий контур, в який входить регулятор АР1 підтримує температуру охолоджуючої рідини Тс в сорочці реактора. Значення цієї температури задається регулятором АР коригуючого контуру регулювання температури реакційної суміші Тр в реакторі.
Вибір типів стабілізуючого і коригуючого регуляторів каскадних АСР, а також визначення оптимальних значень їх настроювальних параметрів являє собою більш складне завдання, ніж у разі одноконтурних АСР. Так як по інерційності коригувальний контур істотно перевершує стабілізуючий, можна припустити, що в стабилизирующем контурі закінчується перехідний процес раніше, ніж він виникає у коригуючому. При цьому умови вибір регуляторів і розрахунок їх настроювальних параметрів можна проводити роздільно, як для двох одноконтурних АСР.
Комбіновані АСР
Комбіновані АСР реалізують комбінований принцип регулювання. Структурна схема такої системи, що враховує одне обурення, наведена на рис. VI-15. Поточні значення регульованої величини у і обурення z1 подаються відповідно через вимірювальні перетворювачі ІП та ІПВ на автоматичні регулятори АР і АРВ. Після алгебраїчного підсумовування виходи цих регуляторів направляються на вхід об'єкта в якості керованої величини х. Вплив на об'єкт здійснюється по двох каналах: розімкненому і замкнутому. За допомогою розімкнутого каналу забезпечується швидке вплив на об'єкт ще до відхилення регульованої технологічної величини від заданого значення, а за допомогою замкнутого каналу зворотного зв'язку здійснюється якісне підтримання регульованої величини на заданому значенні допомогою поточного контролю помилки регулювання.
Рис. VI-15. Структурна схема комбінованої системи регулювання: ОР - об'єкт регулювання; ІП, ІПВ -Вимірювальні перетворювачі; АР - автоматичний регулятор; АРВ -Автоматичний регулятор по обуренню; ІУ - виконавчий пристрій.
Приклад комбінованої системи наведено на рис. VI-16. Система призначена для регулювання температури на контрольній тарілці зміцнювальної частини колони ректифікації, яке здійснюється регулятором АР, що змінює подачу флегми в колону. На витрата фл...
