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 - neatbilstību lielums starp kontrolēto lielumu pašreizējo un iestatīto vērtību plkst Un plkst 1 ; plkst 0 – uzdevums galvenajam regulatoram 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 temperatūras kontroles sistēma (2. pozīcija) ar uzdevuma korekciju tvaika plūsmas regulatoram (1. pozīcija)
Rīsi. 21. Kaskādes ASR blokshēma ar palīgkoordinātas mērījumu starppunktā
Attēlā 22. attēlā parādīts procesa plūsmas diagrammas fragments, ieskaitot reakcijas maisījuma sildītāju 2 un reaktoru 1, kā arī 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. Līdzvērtīgas vienas ķēdes vadības sistēmas ar galveno (a) un palīgregulatoru (b) blokshēmas: augšpusē - līdzvērtīga vienas ķēdes shēma; 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 (Poncelet) sistēmām nav atgriezeniskās saites un tās darbojas atklātā kontūrā.
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 – pārveidota diagramma; 1 – regulators; 2 – kompensators
Rīsi. 25. Kombinētā ASR blokshēmas, pieslēdzot kompensatora izeju regulatora ieejai: a – oriģinālā ķēde; b – pārveidota 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.
Lietojot 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. Šo rezultātu iegūst 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, lai būtu 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" - aproksimēt 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 iziet no destilācijas kolonnas augšdaļas, ir 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 pozīcijas 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 Р2 θ F(ar sildīšanas līdzekļa spiedienu P 1 un tā siltuma saturu q 1);
c) kanāls X R 3 XD(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
| Dinamiskie parametri | dimensiju | Iespējas | ||||||||||||
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | T | Ar min Ar min min min | 8,0 6,2 6,0 4,8 3,6 3,6 | 8,4 6,5 7,0 5,0 4,0 4,0 | 9,0 6,6 6,5 4,6 3,8 2,8 | 5,9 8,5 4,5 3,0 4,5 | 9,4 5,8 12,0 4,9 4,2 4,2 | 9,6 6,8 10,0 8,0 4,5 3,0 | 10,4 6,3 7,1 4,7 3,0 3,7 | 8,2 6,1 6,4 4,4 3,5 4,8 | 9,8 5,9 7,2 5,1 4,3 5,0 | 12,0 5,5 8,0 5,0 2,7 3,4 | 10,5 5,4 8,4 4,7 3,1 4,6 | 11,6 5,3 8,8 5,2 4,4 4,4 |
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | UZ OB | mērvienība.reg.ve.% insults r. O. | 3,9 0,40 0,80 0,01 0,01 16,0 | 4,0 0,48 0,60 0,012 0,10 32,0 | 3,8 0,44 0,70 0,011 0,07 20,0 | 3,9 0,40 0,80 0,01 0,08 30,0 | 4,2 0,43 0,85 0,012 0,07 30,0 | 4,1 0,50 0,82 0,01 0,10 50,0 | 4,3 0,58 0,80 0,012 0,08 27,0 | 3,9 0,42 0,78 0,014 0,047 23,4 | 4,4 0,50 0,81 0,01 0,05 29,2 | 4,1 0,47 0,78 0,011 0,05 18,0 | 3,7 0,60 0,83 0,014 0,08 24,0 | 4,05 0,48 0,80 0,012 0,075 35,0 |
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | τ | Ar min Ar min min min | 2,0 4,6 1,5 2,9 1,9 1,8 | 2,1 4,8 2,0 3,0 1,8 2,2 | 2,3 4,9 1,8 2,8 1,5 1,3 | 2,5 4,3 2,3 2,7 1,8 2,4 | 2,4 4,2 3,0 2,9 1,9 2,6 | 2,5 5,0 2,5 3,1 2,0 1,2 | 2,6 4,7 2,0 2,8 2,7 1,6 | 2,1 4,5 1,9 2,6 2,1 2,5 | 2,5 4,4 2,1 3,0 2,0 2,7 | 3,2 4,1 2,2 3,1 1,9 2,0 | 2,6 4,0 2,1 2,8 2,5 2,8 | 3,0 3,9 2,2 3,0 2,0 2,3 |
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | x B | % insults r. O. | ||||||||||||
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | X maks | m 3 / h 0 C m 3 / h m.share kgf/cm2 mm | 5,0 8,0 0,05 0,8 | 6,0 6,0 0,06 0,7 | 5,5 7,0 0,055 0,6 | 6,0 7,8 0,05 0,75 | 5,6 8,2 0,06 0,5 | 5,2 7,9 0,05 0,9 | 6,1 8,3 0,06 1,0 | 5,4 8,0 0,07 0,85 | 5,3 8,1 0,05 0,50 | 5,7 8,4 0,055 0,80 | 6,2 7,9 0,07 0,94 | 6,0 7,6 0,06 0,65 |
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | t P | Ar min Ar min min min | ||||||||||||
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | Ψ | 0,75 | ||||||||||||
| ΔХ Р1 → ΔF ΔХ Р2 → Δθ F ΔХ Р2 → ΔG n ΔХ Р3 → ΔX D ΔХ Р4 → ΔP ΔХ Р5 → ΔL | x ar m | m 3 / h 0 C m 3 / h m.share kgf/cm2 mm | 3,8 | 2,6 | 3,0 | 2,9 | 3,2 | 3,4 | 3,1 | 2,9 | 4,2 | 2,8 | 4,0 | 3,6 |
10.tabula Objekta dinamiskie parametri un kvalitātes prasības regulēšanas procesam
| Objekts (vadības kanāls) | Dinamiskie parametri | Izmērs | Iespējas | |||||||||||
| ΔХ * Р2 → Δθ F ΔХ * Р4 → ΔP | T | min min | 3,4 1,6 | 2,8 1,4 | 2,6 1,9 | 3,2 1,8 | 2,4 1,3 | 2,7 1,5 | 3,1 1,2 | 3,3 1,8 | 2,2 2,0 | 2,8 1,0 | 2,9 1,6 | 2,0 2,1 |
| ΔХ * Р2 → Δθ F ΔХ * Р4 → ΔP ΔХ Р6 → Δθ K ΔХ Р6 → Δθ В ΔХ Р3 → Δθ В ΔХ Р3 → Δθ F | mērvienība.reg.ve.% insults r. O. | 0,58 0,15 | 0,60 0,10 | 0,64 0,075 | 0,80 0,08 | 0,86 0,09 | 0,75 0,15 | 0,82 0,14 | 0,76 0,10 | 0,94 0,08 | 0,76 0,10 | 0,90 0,16 | 0,80 0,10 | |
| K 11 K 12 K 22 K 21 | 0,70 0,50 0,80 0,40 | 0,80 0,60 0,90 0,50 | 0,80 0,40 0,70 0,50 | 0,80 0,60 0,90 0,70 | 0,90 0,80 0,70 0,60 | 0,80 0,50 0,80 0,60 | 0,90 0,80 0,90 0,70 | 0,90 0,80 0,80 0,70 | 0,90 0,40 0,80 0,75 | 0,70 0,50 0,60 0,40 | 0,85 0,55 0,70 0,50 | 0,85 0,70 0,90 0,65 | ||
| ΔХ * Р2 → Δθ F ΔХ * Р4 → ΔP | τ | min min | 1,5 0,38 | 1,4 0,33 | 1,2 0,44 | 1,7 0,40 | 1,4 0,30 | 1,3 0,35 | 1,5 0,27 | 1,6 0,41 | 1,0 0,46 | 1,3 0,25 | 1,5 0,40 | 1,0 0,50 |
Kontroles jautājumi
1. Kaskādes ACP vadības ķēdēs tehnoloģiskie procesi. 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)
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. Nosacījums šādu iespējamībai (efektivitātei). kaskādes sistēmas ir objekta apakšējā inerce gar palīgparametra Y2 kanālu attiecībā pret galveno Y1. Ir zināma metode kaskādes temperatūras regulēšanai reaktorā ar temperatūras regulatora iestatījuma korekciju siltummaiņa izejā (sk. Automātiskā vadība ķīmiskajā rūpniecībā: Mācību grāmata augstskolām. Rediģēja E.G. Dudņikovs. - M.: Ķīmija, 1987, 42. - 43. lpp., 1.22. att.). 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 augšējās Y2" un apakšējās Y2" pieļaujamās vērtības iestatīšanai un noteiktā intervālā nosakot neatbilstības kļūdu E1 astatiskajam ārējās cilpas kontrollerim, iedarbojoties caur aktuatoru 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 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 esošās metodes automātiska kaskādes regulēšana, kā arī piedāvātās metodes neatkarīga ieviešana vairākiem objektiem ar visu no tā izrietošo ekonomisko efektu.
To lieto sarežģītiem objektiem, ja izvades parametru j ietekmē vairāki traucējumi, kurus nevar izmērīt. Šajā gadījumā tiek izvēlēts objekts ar starpparametru j 1, ko var izmērīt, un uz tā pamata notiek objekta regulēšana. Mēs iegūstam pirmo vadības cilpu. Šis kontrolieris neņem vērā dažus traucējumus, kas iedarbojas uz sarežģītu objektu, kas ietekmē izejas parametru j. Izmantojot parametru j, tiek konstruēta otrā vadības cilpa. Otrās ķēdes regulators kontrolē pirmās ķēdes regulatora darbību, mainot tā uzdevumu tā, lai tā darbība kompensētu traucējumu ietekmi uz izejas parametru j. Tā ir kaskādes regulēšanas nozīme (1. un 2. regulēšanas kaskāde).
Rīsi. 5.18. Ūdens līmeņa kontroles sistēmas shēma katla cilindrā:
N b – ūdens līmenis katla tvertnē; D pp – pārkarsēta tvaika patēriņš (l); W c – patēriņš baro ūdeni(m apmēram); ZD– iestatīt rādītāju (iestata līmeņa vērtību N b,0); WEC – ūdens ekonomaizers; PP – pārkarsētājs
Aplūkosim to kompleksa objekta vadības shēmā, kas sastāv no trīs objektu ar traucējumiem secīga savienojuma (5.19. att.).
Starpparametra j 1 regulators cenšas to uzturēt nemainīgu un vienādu ar j 1,0. Šī ir 1. regulēšanas kaskāde.
Šis kontrolieris ņem vērā tikai traucējumus l 1. Traucējumi l 2 un l 3 ietekmēs izvades parametru j. Regulators j (2. vadības kaskāde) saglabās parametru j nemainīgu j 0, jo ar mainīgā uzdevuma uzdevumu ( ZPZ) mainīs uzdevumu uz pirmo ķēdi par summu ±Dj 1 . Saņemot šo uzdevuma papildinājumu, kontrolieris j 1 mainīs parametru j 1 tā, lai kompensētu traucējumu l 2 un l 3 ietekmi uz izejas parametru j. Regulators j (2. pakāpe) it kā izlabo pirmā regulatora darbību (saskaņā ar j 1), tātad sauc par korektīvo regulatoru (CR).
Rīsi. 5.19. Kaskādes vadības shēma:
ZD– meistars; ZPZ– mainīgo atsauces ģenerators; KR – koriģējošais regulators
Kaskādes vadības piemērs ir siltuma slodzes sadale starp vairākiem katliem, kas darbojas uz kopējas tvaika maģistrāles (5.20. att.).
Rīsi. 5.20. Uz kopējās tvaika maģistrāles strādājošo katlu siltumslodzes regulēšana: RSZ – iestatīts signāla reizinātājs; GKR - galvenais koriģējošais regulators
Divi katli piegādā tvaiku tvaika maģistrālei ar plūsmas ātrumiem D k1 un D k2. No tvaika maģistrāles tvaiks plūst uz turbīnām T 1 ; T 2 un T 3 ar izdevumiem D T1; D T2 un D T3. Ja ir līdzsvars ienākošā tvaika plūsmas no katliem un izejot no galvenās līnijas uz turbīnām, tad tvaika spiediens galvenajā līnijā R m nemainīsies ( R m,0).
Ja turbīnas sāk patērēt vairāk vai mazāk tvaika, tiek izjaukts līdzsvars starp tvaika ieplūdi galvenajā līnijā un tā plūsmu no galvenās līnijas, un spiediens R m ir jāregulē. Starpposma objekti šajā sistēmā ir katli UZ 1 un UZ 2, un starpparametri ir apkures katlu termiskās slodzes D q 1 un D q2. Pamatojoties uz tiem, tiek uzbūvēts termiskās slodzes regulators ( RTN), kas kontrolē degvielas (gāzes) padevi. Šī ir pirmā regulējuma kaskāde.
Regulatori uztur nemainīgas termiskās slodzes D q 1.0 un D q 2,0, un tādējādi tvaika patēriņš D k1 un D k2. Ja spiediens līnijā R m sāk mainīties (parametrs j), iedarbojas spiediena regulators R m (šī ir 2. kaskāde), kas atkarībā no spiediena novirzes ±D R m =( R m - R m,0) ģenerē signālu izejā un caur atsauces signāla reizinātāju ( RSZ) kontrolē katla siltuma slodzes regulatoru darbību ( RTN), mainot uzdevumu par vērtību ±D D q. Saskaņā ar šo signālu PTH regulatori maina degvielas padevi katliem un līdz ar to tvaika patēriņu. D k1 un D k2 tādā veidā, lai atjaunotu spiedienu līnijā R m.
Gadījumā, ja šīs kontroles metodes nedod vēlamos rezultātus, tās iet uz traucējumu ierobežošanu l.
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. Papildkontrollera 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 mērīšanu veic ar mainīga spiediena starpības 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 ir nepieciešams to ilgstoši uzturēt objektā zemas vērtības patēriņu, 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., dzesēšanas šķidruma temperatūras kaskādes regulēšanas ķēdi, pamatojoties uz reaktora temperatūru. tiek izmantots. 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 kontrolētais 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.
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, tiek nospiesta poga “Stop”, tiek atlaistas pogas “Start” un “Pause”, 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 “Stop” un “Pause”, tiek nospiesta poga “Start”, 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 pauzes laikā tika ievadīts laukā "Pārejas laiks", atlikušais laiks tiek uzskatīts par vienādu ar nulli, kontrollera iestatījums tiek iestatīts vienāds ar vērtību "Galīgais". vērtība" lauks;
– 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.
