Технічний коледж


НазваТехнічний коледж
Сторінка6/19
Дата12.03.2013
Розмір2.18 Mb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Фізика > Документи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

3.2 АСР стабілізації витрат матеріальних і енергетичних потоків


а б

Рис. 3.3 Схеми одноконтурної АСР витратами:

а - функціональна; б- структурна.
Мета такої системи регулювання - стабілізувати перепад тиску на діафрагмі, при зміні навантаження, тобто витрати F. Об'єктом регулювання є трубопровід 5 від діафрагми і до регулюючого органу 6 (включаючи останній).

АСР працює так: Відхилення витрати F від усталеного значення спричинить зміну перепаду тиску на діафрагмі. Останній сприйметься диференціальним манометром (дифманометром) 2 і призведе до появи неузгодженості між завданням и регулятора 3, який відпрацює цю зміну згідно із законом регулювання і на вході виконавчого механізму 4 з'явиться сигнал, унаслідок якого зміниться прохідний отвір регулюючого органу 6 так, щоб витрата F стала дорівнювати заданому значенню.

Аналіз системи регулювання показує, що об'єкт керування має достатньо малу сталу часу і характеризується часом чистого запізнення. Для рідинного потоку такий об'єкт можна вважати об'єктом ідеального витіснення і його ланкою – ланку чистого запізнення. Крім ОР до динамічних ланок належать дифманометр і виконавчий механізм. Якщо використовують дифманометр типу „Сапфір", то його можна ідентифікувати підсилювальною ланкою.

П-регулятори в таких системах, як правило, не використовують через залишкову похибку, можливість появи сильних коливальних перехідних процесів, і, як наслідок, вихід із ладу регулюючого органу.

Розглянемо передаточні функції АСР. По каналу регулювання и→Y маємо:

Wр(s)= = /3.5/

а по каналу збурення:
W3(s)= = . /3.6/
Із /3.5/ і /3.6/ випливає, що еквівалентний об'єкт регулювання

/3.7/

Оскільки передаточні функції:
- діафрагми W1(s) = K1; /3.8/

- дифманометра /3.9/

- виконавчого механізму /3.10/

- трубопроводу /3.11/

то передаточна функція еквівалентного об'єкта регулювання набере вигляду:

/3.12/

3.3 АСР стабілізації рівня рідини в ємності



а б

Рис. 3.4. Схеми АСР рівнем: а – функціональна; б – структурна.
У більшості випадків рівень регулюється через зміну витрати стоку Fc. У цьому разі зміна витрати притоку Fn буде сильним збуренням. Зазначимо, що в багатьох випадках перетворювачі первинний вимірювальний 1 і проміжний 2 поєднані (наприклад, рівнеміри буйкові, гідростатичні, п'єзометричні). У цьому разі їх розглядають як одну динамічну ланку.

Принцип роботи АСР полягає в наступному: В усталеному режимі роботи сигнал, який надходить із перетворювача 2 у1 і задавальний сигнал и збігаються, тобто розбіжність = 0 і вихідний сигнал , де l0 - номінальне значення рівня. У разі появи збурення або зміни завдання и на регулятор 3 створюється сигнал розбіжності 0, який приведе до формування вихідного сигналу регулятора, додаткової дії на виконавчий механізм 4 і регулюючий орган 6. Останній змінить прохідний отвір так, щоб витрати Fc зменшилися при зниженні рівня, або навпаки.

Об'єкт керування при такому способі регулювання не має чистого запізнення.

Регулятор може мати П-, ПІ- або ПІД-закони регулювання. Первинний вимірювальний перетворювач являє собою підсилювальну ланку з передаточною функцією W1(s) = K1. При

доброму демпфуванні проміжний перетворювач описується рівнянням аперіодичної ланки першого порядку.
3.4 АСР стабілізації тиску газу в резервуарі



а б

Рис. 3.5. Схема АСР тиском газу: а – функціональна;

б – структурна.
Такий об'єкт, як правило, має достатньо високу сталу і малий час чистого запізнення. Для регулювання можна використовувати як неперервні, так і позиційні регулятори. Найчастіше застосовують П- і ПІ-регулятори. Виконавчими механізмами є як пневматичні, так і електричні приводи.

Якщо регулювання здійснюється за рахунок впливу на витрати стоку Fс, як показано на рис. 3.5,а, то витрати притоку Fп будуть сильним збуренням. До значного збурюючого фактора належить також температура газу.

Система працює таким чином: зі збільшенням тиску Р у резервуарі 5 зросте сигнал у1 на виході проміжного перетворювача 2 і з'явиться сигнал неузгодженості  на виході регулятора 3. Вихідний сигнал останнього почне діяти на виконавчий механізм 4 і відповідно на регулюючий орган 6, який збільшить прохідний отвір і витрати Fс, що призведе до спаду тиску до попереднього значення. Зазначимо, що датчик 1 і проміжний перетворювач 2, як правило, конструктивно об'єднані і являють собою одну динамічну ланку першого або другого порядку.

Резервуар під тиском належить до ОР першого порядку. Нехай АСР має П-регулятор, силовий вимірювальний перетворювач і циліндричний пневмопривід регулюючого клапана.

Виконавчий маханізм (пневмопривід) є інтегруючим елементом першого порядку з передаточною функцією

/3.13/

Розглянемо АСР по каналу иy. Передаточна функція має вигляд:

Wр(s)= /3.14/



    1. АСР стабілізації температури теплообмінника



Рис. 3.6. Схеми АСР температури: а - функціональна; б - структурна
Одна з особливостей регулювання температури продукту на виході кожухотрубного теплообмінника 6 полягає в тому, що по-перше, він описується диференціальним рівнянням другого порядку, по-друге, його перехідний процес може мати коливальний характер, по-третє, теплообмінник має досить великий час чистого запізнення. Ще одна особливість полягає в тому, що первинний вимірювальний перетворювач 1 (у більшості випадків термопара) має досить великі сталі часу.

Регулювання, як правило, здійснюється за рахунок зміни витрат теплоносія FТ, яким найчастіше в хімічній технології використовуєтьcя перегріта пара. Регулятор може мати ПІ- або ПІД-закони регулювання, оскільки в більшості випадків статична похибка не допускається. Приводом до регулюючого органу 7 може бути як пневматичний мембранний виконавчий механізм, так і електродвигун. Принцип роботи АСР полягає в наступному: із підвищенням температури Т2 відносно заданого регулятором значення збільшується сигнал на виході перетворювача 1. Останній надходить на нормуючий перетворювач 2, в якому цей сигнал перетворюється на струм силою 0...5, 0...20 або 4...20 мА. Якщо для регулювання використовують пневматичний виконавчий механізм, то цей електричний сигнал за допомогою електропневматичного перетворювача 3 перетворюють на уніфікований пневматичний сигнал 0.02....0.1 МПа. Останній подається на пневматичний регулятор 4, який керує виконавчим механізмом 5. Це приведе до того, що регулюючий орган зменшить прохідний отвір, а відповідно й витрати теплоносія.

Сильними збурюючими факторами для системи регулювання є витрати продукту Fn та його температура Т1. Тому, синтезуючи АСР, необхідно дослідити їх вплав з урахуванням того, що по цих каналах спостерігається істотне запізнення.

Ураховуючи, що індекси передаточних функцій на структурній схемі відповідають позиціям функціональної схеми, передаточна функція АСР по каналу регулювання при ПІД-регулюванні має вигляд:

Wр(s)= /3.15/


    1. АСР стабілізації концентрації речовин


До особливих аспектів регулювання концентрації в багатьох випадках належить розподіленість об'єкта керування і первинного вимірювального перетворювача. Наприклад, датчики газоаналізаторів, аналізатори рідин часто розміщуються на деякій відстані від об'єкта, мають пристрої підготовки газу чи рідини для вимірювання. Це призводить до появи істотного часу чистого запізнення, яке може значно перевищувати сталу часу аналізатора. До таких приладів контролю належать хроматографи, аналізатори фото калориметричні, термомагнітні, оптичні, кондуктометричні та ін. Виняток становлять датчики рН-метрів, які можуть розміщуватися безпосередньо в технологічному апараті, ультразвукові та ін.

Функціональну схему одноконтурної АСР концентрації за наявності запізнення датчика та його структурну схему показано на рис. 3.7. Концентрація регулюється зміною витрат матеріального потоку на вході об'єкта, який несе реагуючий компонент, або зміною витрати теплового потоку, що спричинює зміну температури в апараті.



Рис. 3.7. Схеми АСР із запізненням у каналі зворотного зв'язку:

а - функціональна; б – структурна
Система регулювання працює так: за допомогою пристрою підготовки проби 4 аналізована суміш втягується, проходить, наприклад, стадії охолодження, очищення, дозування і надходить на датчик 5, в якому концентрація перетворюється на електричний або пневматичний сигнал. Останній надходить на проміжний перетворювач 6, а далі - на регулятор 1 і виконавчий механізм 2.

У динамічному відношенні стадія підготовки аналізованої проби являє собою ланку чистого запізнення з передаточною функцією

W4(s)=exp(4s) /3.16/

де τ4 – час чистого запізнення.

Передаточна функція АСР по каналу регулювання

/3.17/

де τ3 і τ4 – час чистого запізнення відповідно об’єкта керування та датчика.

Із рівняння /3.17/ випливає, що збільшення часу чистого запізнення в характеристичному рівнянні призводить до погіршення стійкості системи регулювання. Крім того, на роботу регулятора істотно впливає також якість регулювання. Частоти переходу ДЧХ зміщуються ближче до нуля, а це означає, що з’являються додаткові резонансні частоти при достатньо низьких частотах. У таких випадках в перехідному процесі істотно підсилюються друга та третя складові, які звичайно мають низький ступінь загасання і великий час перехідного процесу. Тому часто доцільно використовувати посередні методи контролю за концентрацією, наприклад, температурної депресії, ультразвукові, радіоактивні, гідростатичні, інші методи визначення концентрації за густиною розчину тощо.

Системи регулювання pH-рідин можна поділити на системи позиційного та неперервного регулювання. Позиційне регулювання використовують тоді, коли швидкість зміни pH невелика, а допустимі межі її коливань достатньо широкі. Якщо необхідно точно підтримувати pH розчину на заданому рівні, то використовують неперервні ПІ- або ПІД-регулятори.

Спільною особливість об’єктів при регулювання pH є нелінійність їх статичних характеристик, пов’язана з нелінійною залежністю pH від витрати реагентів (рис. 3.8 а). На кривій pH=f(F) можна відокремити три ділянки: І і ІІІ мають велику не лінійність і достатньо малі коефіцієнти передавання; на ділянці ІІ об’єкт за своєю статичною характеристикою наближається до релейного елемента. Практично це означає, що в розрахунку лінійної АСР коефіцієнт підсилення регулятора дістають настільки малим, що він виходить за межі робочих настроювань промислових регуляторів. При цьому чим меншою є стала часу об’єкта, тим важче забезпечити стійке регулювання, оскільки починають впливати також запізнення в імпульсних лініях.


Рис. 3.8 Статична характеристика об’єкта (а) і функціональна схема системи регулювання pH (б)
Щоб забезпечити стійке регулювання pH, використовують спеціальні системи, схему однієї з яких показано на рис. 3.8 б. Клапан 2 великого умовного діаметру, який настроєно на максимальний діапазон зміни вихідного сигналу регулятора 1, використовують для грубого регулювання витрати F1. Клапан 3 (для точного регулювання) розрахований на меншу пропускну здатність і настроєний так, що на ділянці І характеристики pH=f(F) він повністю відкритий, а на ділянці ІІІ – повністю закритий. Таким чином у разі незначного відхилення pH від заданого значення ступінь відкриття клапана 2 практично не змінюється, а регулювання виконують за допомогою клапана 3. Структурну схему такої АСР показано на рис. 3.9.

Рис. 3.9 Структурна схема регулювання pH
Передаточна функція такої системи регулювання має вигляд:

/3.18/

Передаточні функції W2(s) і W3(s) розрізняють як коефіцієнтом передачі, так і сталою часу. Звичайно стала часу виконавчого механізму 3 має бути значно меншою, ніж виконавчого механізму 2, а коефіцієнт передачі K3>K2.

Ділянка ІІ статичної характеристики об’єкта достатньо вузька і в реальних умовах похибка регулювання через лінеаризацію на розглядуваній ділянці може бути досить великою. У цьому разі точніші результати регулювання дає система з трьома регуляторами, увімкненими паралельно (рис. 3.10 а).

Із ри. 3.9 б випливає, що коефіцієнти передачі об’єкта на ділянці pH1pH2 різні. Найменший коефіцієнт передачі відповідає точці 1, а найбільший – точці 3. У цьому разі регулятор R1 має настроювання, які відповідають об’єкту з коефіцієнтом передачі K1, регулятор R2 – із коефіцієнтом передачі K2, а регулятор R3 – із коефіцієнтом передачі K3.

Структурну схему такої АСР показано на рис. 3.11.


Рис. 3.10 Функціональна схема (а) і нелінійна ділянка статичної характеристики (б)

Рис. 3.11 Структурна схема АСР з трьома регуляторами
Таку систему регулювання розраховують окремо для кожного об’єкта і відповідного йому регулятора: R1W1; R2W2 і R3W3.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Схожі:

Тема. Поняття про технічний рисунок, креслення
Мета: сформувати уміння та навички виконувати технічний рисунок, креслення у масштабі; ознайомити учнів з типами ліній і умовних...
М. Дніпропетровськ Дніпропетровський університет економіки та права...
...
ТЕХНІЧНИЙ РЕГЛАМЕНТ
Цей Технічний регламент розроблений з урахуванням вимог Директиви Ради Європи від 29 травня 1997 р. №97/23/ЄС про обладнання, що...
ПРАВИЛА ПРИЙОМУ до Державного вищого навчального закладу «Нововолинський...
Провадження освітньої діяльності у Державному вищому навчальному закладі “Нововолинський електромеханічний коледж” здійснюється відповідно...
Державний вищий навчальний заклад «Куп’янський автотранспортний коледж»...
Комунальний заклад охорони здоров′я ″ Ізюмський медичний коледж″ 64300, м. Ізюм, вул. Старопоштова, 41 0-5743 2-12-46
Додаток 8 до правил прийому в ДВНЗ «Нововолинський електромеханічний...
Прізвище, ім'я, по батькові вступника у сертифікатах зовнішнього незалежного оцінювання різних років повинно збігатися з прізвищем,...
Технічний регламент «Вимоги щодо виробництва молока та молочних продуктів» Загальні положення
Цей Технічний регламент визначає обов’язкові вимоги до молочної продукції та процесів її виробництва, у тому числі, стосовно інформації,...
К. М. Ситника Допущено Міністерством освіти і науки України
Рецензенти: д-р техн наук, проф. /. М. Астрелін (Національний технічний університет України «КПІ»), д-р техн наук, проф. О. Я. Лобойко...
РІВНЕНСЬКИЙ ЕКОНОМІКО ГУМАНІТАРНИЙ ТА ІНЖЕНЕРНИЙ КОЛЕДЖ

ВП «Коледж технологій та дизайну Луганського національного університету...
ВП «Коледж технологій та дизайну Луганського національного університету імені Тараса Шевченка»
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка