Каскадните системи се използват за автоматизиране на обекти, които имат голяма инерция по протежение на канала за управление, ако е възможно да се избере междинна координата, която е по-малко инерционна по отношение на най-опасните смущения и да се използва същото управляващо действие за нея като за основния изход на обекта.
В този случай системата за управление (фиг. 19) включва два регулатора - основният (външен) регулатор Р, който служи за стабилизиране на основния изход на обекта y,и спомагателен (вътрешен) регулатор Р 1 , предназначени за регулиране на спомагателната координата в 1 .Референтният за спомагателния контролер е изходният сигнал на главния контролер.
Изборът на регулаторни закони се определя от целта на регулаторите:
За да се поддържа основната изходна координата на дадена стойност без статична грешка, законът за регулиране на главния контролер трябва да включва интегрален компонент;
Скоростта се изисква от спомагателния регулатор, така че може да има някакъв закон за управление.
Сравнението на едноконтурни и каскадни ACP показва, че поради по-високата скорост на вътрешната верига в каскадна ACP, качеството на преходния процес се повишава, особено при компенсиране на смущенията, идващи през контролния канал. Ако според условията на процеса е наложено ограничение на спомагателната променлива (например температурата не трябва да надвишава граничната стойност или съотношението на потока трябва да е в определени граници), тогава изходният сигнал на главния контролер, който е справката за спомагателния регулатор също е ограничена. За да направите това, между регулаторите е инсталирано устройство с характеристиките на усилваща връзка с насищане.
Ориз. 19. Структурна схема на каскадата ACP:
У, У 1 - канали на главния y и спомагателния в 1 регулируем обект; Р, Р 1 - основни и спомагателни регулатори; х Р, х Р1 – регулаторни действия на регулаторите Ри Редин ; ε, ε 1 - големината на несъответствието между текущите и зададените стойности на контролираните стойности ви в 1 ; в 0 - настройка за главния регулатор Р
Примери за каскадни ASR на топлотехнологични съоръжения. На фиг. 20 е показан пример на каскадна система за стабилизиране на температурата на течността на изхода на топлообменника, в която ACP на потока на отоплителната пара е спомагателен кръг. Когато налягането на парата е нарушено, регулаторът 1 променя степента на отваряне на управляващия клапан по такъв начин, че да поддържа даден дебит. Ако топлинният баланс в апарата е нарушен (причинено например от промяна на температурата на входа или дебита на течността, енталпията на парата, загубата на топлина в околната среда), което води до отклонение на изходната температура от зададената стойност, температурен регулатор 2 коригира зададената точка за регулатор на дебита на пара 1.
При топлотехническите процеси главните и спомагателните координати често имат една и съща физическа природа и характеризират стойностите на един и същ параметър на процеса в различни точки на системата (фиг. 21).
Фиг.20. Каскадна система за контрол на температурата (поз. 2) с корекция на зададената точка за регулатора на парния поток (поз. 1)
Ориз. 21. Структурна схема на каскадна ASR с измерване на спомагателна координата в междинна точка
На фиг. 22 показва фрагмент от технологичната схема, включваща нагревателя на реакционната смес 2 и реактора 1 и системата за стабилизиране на температурата в реактора.
Действието за управление на потока на пара се подава към входа на топлообменника. Каналът за управление, който включва две устройства и тръбопроводи, е сложна динамична система с голяма инерция. Обектът се влияе от редица смущения, пристигащи в различни точки на системата: налягане и енталпия на парата, температура и дебит на реакционната смес, топлинни загуби в реактора и т.н. За увеличаване на скоростта на системата за управление, каскада Използва се ACP, при който основната контролирана променлива е температурата в реактора, а като спомагателна е избрана температурата на сместа между топлообменника и реактора.
Ориз. Фиг. 22. Каскадна система за контрол на температурата (поз. 4) в реактора (поз. 1) с корекция на зададения температурен регулатор (поз. 3) на изхода на топлообменника (поз. 2)
Изчисляване на каскадна ASR.Изчисляването на каскадата ACP включва определяне на настройките на главния и спомагателния регулатор за дадени динамични характеристики на обекта за главния и спомагателния канал. Тъй като настройките на главния и спомагателния регулатори са взаимозависими, те се изчисляват по итерационния метод.
На всяка итерационна стъпка се изчислява намален едноконтурен ACP, при който един от контролерите условно се отнася към еквивалентен обект. Както може да се види от блоковите схеми на фиг. 23, еквивалентният обект за главния регулатор (фиг. 23, а) е серийно свързване на затворена спомагателна верига и главния управляващ канал; неговата трансферна функция е
(93)
Ориз. Фиг. 23. Структурни схеми на еквивалентна едноверижна система за управление с главен (а) и спомагателен (б) регулатор: отгоре - еквивалентна едноверижна схема; по-долу - преобразуването на каскаден ACP в едноверижен
Еквивалентният обект за спомагателен регулатор 2 (фигура 23) е паралелното свързване на спомагателния канал и главния отворен контур. Неговата трансферна функция е:
(p)=W 1 (p) – W(p)R(p).(94)
Изчислението започва с главния регулатор. Методът се използва в случаите, когато инерцията на спомагателния канал е много по-малка от тази на основния. На първата стъпка се приема, че работната честота на главната верига ( ω p) е много по-малък от спомагателния ( ω р1) и ω=ω стр
. (95)
. (96)
По този начин, в първо приближение, настройките S0основен контролер 1 не зависят от R 1 (p)и се намират на W e °(p).
На втората стъпка се изчисляват настройките на спомагателния контролер за еквивалентния обект (1) с функцията за прехвърляне W 1 e (p),в които са заменени R(p,S°).
Комбинирани ACP
Комбинираните ACP се използват при автоматизацията на обекти, подложени на действие на значителни контролирани смущения. Те се наричат комбинирани системи, тъй като при тяхното изграждане се използват два принципа на управление: „чрез отклонение“ (принцип на Ползунов) и „чрез смущение“ (принцип на Понселе). Системите, изградени по принципа на Ползунов, имат отрицателна обратна връзка и работят в затворен цикъл. Пертурбационните системи (Poncelet) нямат обратна връзка и работят в отворен цикъл.
Има два начина за изграждане на комбинирани ACP с блокови диаграми, показани на фиг. 24 и 25. Както се вижда от тези блок-схеми, и двете системи имат общи характеристики: наличие на два канала за влияние върху изходната координата на обекта и използването на два управляващи контура - затворени (чрез контролер 1 ) и отворен (през компенсатор 2 ). Единствената разлика е, че във втория случай коригиращият импулс от компенсатора не отива на входа на обекта, а на входа на контролера.
Ориз. Фиг. 24. Структурни схеми на комбинирания ASR, когато изходът на компенсатора е свързан към входа на обекта: а - оригинална схема; б – преобразувана схема; 1 – регулатор; 2 - компенсатор
Ориз. Фиг. 25. Структурни схеми на комбинирания ASR, когато изходът на компенсатора е свързан към входа на регулатора: а - оригинална схема; б – преобразувана схема; 1 - регулатор; 2 - компенсатор
Въвеждането на коригиращ импулс за най-силното смущение може значително да намали грешката на динамичното управление, при условие че динамичното устройство, което формира закона за промяна на този ефект, е правилно избрано и изчислено.
Основата за изчисляване на такива системи е принцип на инвариантност:отклонението на изходната координата на системата от дадената стойност трябва да бъде идентично равно на нула за всякакви настройки или смущаващи влияния.
За да се изпълни принципът на инвариантност, са необходими две условия: идеална компенсация на всички смущаващи влияния и идеално възпроизвеждане на референтния сигнал. Очевидно е, че постигането на абсолютна инвариантност в реалните системи за управление е практически невъзможно. Обикновено се ограничава до частична инвариантност по отношение на най-опасните смущения. Нека разгледаме условието за инвариантност на отворените и комбинираните системи за управление по отношение на едно смущаващо действие.
Условие на инвариантност за отворен контур и комбиниран ASR.Да разгледаме условието за инвариантност на отворена система (фиг. 26): y(t)= 0.
Ориз. 26. Структурна схема на отворен АКТ
Обръщайки се към изображения според Лаплас X V (п)и Y(p)сигнали x V (t)и y(t),нека пренапишем това условие, като вземем предвид преносните функции на обекта по каналите на смущения WB(p)и регулиране W P (p)и компенсатор RK(p):
Y (p) \u003d X B (p) 0. (97)
При наличие на смущения[ 
] условието за инвариантност (97) е изпълнено, ако
W B (p) + R k (p) W P (p)=0,(98)
R k () \u003d -W B () / W P ().(99)
По този начин, за да се осигури инвариантност на системата за управление по отношение на всякакви смущения, е необходимо да се монтира динамичен компенсатор, чиято предавателна функция е равна на съотношението на предавателните функции на обекта по каналите на смущението и контрола, взети с противоположен знак.
Нека изведем условията на инвариантност за комбинирани ACP. За случая, когато сигналът от компенсатора се прилага към входа на обекта (виж фиг. 24, а), блоковата схема на комбинирания ASR се преобразува в серийно свързване на отворена система и затворен контур (виж фиг. 24, б), чиито преносни функции са съответно равни:
.
В този случай условието за инвариантност (97) се записва като:
Ако X B (p) 0 и W AP(p) трябва да е изпълнено следното условие:
тези. условие на инвариантност.
При използване на комбинирана система за управление (виж фиг. 25, а) извеждането на условията на инвариантност води до отношенията (виж фиг. 25, б):
(101)
Ако X B (p) 0и W AP (p) ,тогава трябва да е изпълнено следното условие:
R до (p) \u003d -W B (p) /.(103)
По този начин, при свързване на изхода на компенсатора към входа на контролера, предавателната функция на компенсатора, получена от условието за инвариантност, ще зависи от характеристиките не само на обекта, но и на контролера.
Условия за физическа реализуемост на инвариантни ACP.Един от основните проблеми, които възникват при изграждането на инвариантни системи за управление е тяхната физическа осъществимост, т.е. реализуемостта на компенсатор, който отговаря на условия (99) или (103).
За разлика от конвенционалните индустриални контролери, чиято структура е дадена и е необходимо само да се изчислят техните настройки, структурата на динамичния компенсатор се определя изцяло от съотношението на динамичните характеристики на обекта през каналите на смущение и регулиране и може да бъде много сложна и с неблагоприятно съотношение на тези характеристики, физически неосъществима.
"Идеалните" компенсатори са физически неосъществими в два случая:
Ако нетното време на закъснение за контролния канал е по-голямо, отколкото за канала на смущения. В този случай идеалният компенсатор трябва да съдържа водеща връзка, тъй като ако:
(104)
, (105)
тогава, като се вземе предвид (99):
(106)
Ако в преносната функция на компенсатора степента на полинома в числителя е по-голяма от степента на полинома в знаменателя. В този случай компенсаторът трябва да съдържа идеални диференциращи връзки. Такъв резултат се получава при определено съотношение на порядките на диференциалните уравнения, описващи каналите на смущение и регулиране. Позволявам
W B (p) \u003d B в (P) /и Wp (p) \u003d B p (P) /,(107)
където B в (P), A B (p), B P (p), A P (p)- степенни полиноми t B, n B, m Pи n стрсъответно.
m K = m B + n p ; n до \u003d n в + m p.
По този начин, условието за физическа реализуемост на инвариантна ACP е, че са изпълнени следните отношения:
τ в ≥ τ r и m B + n p ≤ n в + m r.(108)
Пример.Помислете за система за контрол на температурата в химически реактор с разбъркване, в който протича екзотермична реакция (фиг. 27).
Ориз. 27. Схематична схема на химически реактор с бъркалка: 1 - температуромер; 2 - управляващ клапан; 3 - разходомер
Нека основният канал за смущения - "скорост на потока на реакционната смес - температура в реактора" - се апроксимира с две апериодични връзки от първи ред, а контролният канал - "скорост на потока на охлаждащата течност - температура в реактора" - с три апериодични връзки от първи ред:
, (109)
, (110)
където т 1 , Т 2 , Т 3 - най-големите времеви константи на основните топлинни мощности на реактора, термометъра и охладителната риза.
За да се изгради инвариантна управляваща система в съответствие с израза (99), е необходимо да се въведе компенсатор с трансферна функция:
, (111)
което е физически неосъществимо, тъй като в този случай условието е нарушено и компенсаторът трябва да съдържа идеално диференциращо звено.
Упражнение
В съответствие с примера, разработете система за управление за дестилационна инсталация. Изчисли, 
, .
Първоначални данни.
1. Схема на дестилационна инсталация (фиг. 28). Инсталацията се състои от дестилационна колона ДА СЕ, топлообменник за нагряване на изходна смес Т-1, бойлер Т-2, кондензатор Т-3 и резервоар за обратен хладник Е.
Колоната разделя бинарната смес. Точките на кипене на компонентите, които трябва да се отделят, се различават значително, в резултат на което колоната има малък брой плочи и малка височина. Закъсненията и инерцията в каналите за предаване на смущаващи и управляващи действия са относително малки. Съществуват силни вътрешни напречни връзки между основните контролирани (регулируеми) количества от процеса - съставите (температури) на дестилата и дънния продукт.
Парният поток, напускащ горната част на дестилационната колона, съдържа компоненти, които не могат да се кондензират при работните условия на топлообменника Т-3 в инертни газове. Те се изхвърлят от резервоара за напояване към продухването (към горивната мрежа).
Работният режим на инсталацията е подложен на големи и чести смущения: от поток Фи състав X Fсурови материали; чрез налягане (дебит) на нагревателния агент, подаван към топлообменника T-I и котела T-2; чрез налягане (скорост на потока) на хладилния агент, подаван към кондензатора Т-3.
„Ключовите“ контроли за процеса на ректификация са регулаторите на линията за подаване на рефлукс към колоната ДА СЕи линии за подаване на нагревател към котела Т-2.
Ориз. 28. Схема на дестилационна инсталация
2. Задават се динамичните параметри на обекта: (временни константи т; закъснения τ; предавателно отношение ДА СЕо) по канали:
а. „промяна в позицията на регулатора P01 – разход на суровини Ф» ( X R 1 е);
б. „промяна на положението на регулиращото тяло P02 – разход на нагревател Федин " ( X R 2 Ф 1 );
б*. „промяна в позицията на регулаторния орган P02 – температура на суровината θ Фслед Т-1" ( X R 2 θ F);
v. „промяна в позицията на регулаторния орган P03 – състав на дестилата X D» ( X R 3 XD);
г. „промяна в положението на регулаторния орган P04 – налягане Рв колона" ( X R 4 P);
д. "Промяна на позицията на регулаторния орган P05 - нивото в куба на колоната" (X R 5 л);
д. „Препозициониране на регулатора P02 * - температура на суровината θ Фслед Т-1" (X R 2* θ е);
добре. "промяна в позицията на регулатора P04 * - налягане Пв колона" (X R 4* R);
з. "Промяна на позицията на регулатора P06 - температура в долната част на колоната" (X R 6 θ ДА СЕ);
з * . "промяна на позицията на регулатора PO6 - температура θ B в горната част на колоната" (X R 6 θ B);
и. „промяна на позицията на регулаторния орган ROZ – температура θ Бв горната част на колоната ( Х P3 θ B);
и * . „промяна в позицията на регулаторния орган ROZ – температура θ ДА СЕдолната част на колоната" (X R 3 θ ДА СЕ).
3. Дадени са стойностите на смущенията, действащи върху обекта, изразени в % от хода на регулиращото тяло:
а) канал X R 1 Ф(според потреблението на суровини Ф);
б) канали X R 2 F 1 , X P2 θ F(според налягането на нагревателния агент П 1 и нейното топлинно съдържание q 1);
в) канал X R 3 XD(според състава на суровините X F);
г) канал X P4 P(с натиск Р 2 хладилен агент, подаван към кондензатора Т-3);
д) канал X R 5 Л(по съдържание на топлина q 2 нагревателен агент, подаван към котела Т-2).
4. Заложени са изискванията за качество на процеса на регулиране (динамична грешка X макс, време за регулиране tP, степента на затихване на преходните процеси ψ , грешка при статичен контрол хсм).
Изходните данни за параграф 2 от задачата (стр. а - д), стр. 3 и стр. 4 са дадени в табл. 9, а съгласно точки 2 (е, ж, з, и) - в табл. 10 начални данни.
Таблица 9. Динамични параметри на обекта и изисквания към качеството на процеса на регулиране
| Динамични опции | измерение | Настроики | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | т | С мин С мин мин мин | 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 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | К ОБ | контролен блок% ход r. О | 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 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | τ | С мин С мин мин мин | 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 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | х V | % ход r. О | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | X макс | m 3 / h 0 С m 3 / h м. дял kgf / cm 2 мм | 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 |
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | tP | С мин С мин мин мин | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | Ψ | 0,75 | ||||||||||||
| ΔX P1 → ΔF ΔX P2 → Δθ F ΔX P2 → ΔG n ΔX P3 → ΔX D ΔX Р4 → ΔP ΔX P5 → ΔL | x с m | m 3 / h 0 С m 3 / h м. дял kgf / cm 2 мм | 3,8 | 2,6 | 3,0 | 2,9 | 3,2 | 3,4 | 3,1 | 2,9 | 4,2 | 2,8 | 4,0 | 3,6 |
Таблица 10. Динамични параметри на обекта и изисквания към качеството на процеса на регулиране
| Обект (контролен канал) | Динамични опции | Измерение | Настроики | |||||||||||
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP | т | мин мин | 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 |
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP ΔX P6 → Δθ K ΔX P6 → Δθ B ΔX P3 → Δθ B ΔX P3 → Δθ F | контролен блок% ход r. О | 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 | |
| К 11 К 12 К 22 К 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 | ||
| ΔX * P2 → Δθ F ΔX * P4 → ΔP | τ | мин мин | 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 |
Контролни въпроси
1. Каскадни ACP в схеми за управление на процеса. Принципи на тяхното изграждане и функциониране. Примери за каскадни ACP в промишлеността и енергетиката.
2. Комбинирани автоматизирани системи за управление в схеми за управление на процесите. Принципи на изграждане и действие. Условия за физическа реализуемост. Примери за комбинирани ACP в промишлеността и енергетиката.
РАБОТЕЛНИЦА № 8 (2 часа)
Проблеми, разгледани в лекцията:
1. Какъв е еквивалентният обект в каскадата CAP.
2. Обяснение на ефективността на каскадни ACP.
3. Методи за изчисляване на каскадни ACP.
4. Изчисляване на ASR с допълнителен импулс върху производната.
Каскадните системи за управление са системи, в които изходният сигнал на един от контролерите се изпраща като препратка към друг. Основните и спомагателните параметри на обекта се подават съответно като входни сигнали към тези регулатори. В този случай само главният контролер има независима справка. Изходният сигнал на спомагателния регулатор се подава като управляващо действие върху обекта. Обикновено спомагателният затворен контур за управление, образуван от високоскоростната част на обекта и спомагателния регулатор, се намира вътре в основния контролен контур. Фигура 1.8.1 показва диаграма на каскадна система за управление. Каскадните системи за управление осигуряват:
1) бърза компенсация на смущенията, засягащи спомагателния контур за управление, в резултат на което тези смущения не причиняват отклонение на основния параметър от зададената стойност;
1 – основен регулатор; 2 – спомагателен регулатор; 3, 4 - бързо - и бавно действащи части на обекта
Фигура 1 - Схема на каскадно управление
2) значително намаляване на фазовото изместване в високоскоростната част на обекта поради образуването на спомагателен контур за управление, което увеличава скоростта на основния контур;
3) компенсация на промените в коефициента на предаване на високоскоростната част на обекта чрез промяна на коефициента на прехвърляне на спомагателния контур за управление;
4) необходимата доставка на материя или енергия към обекта
По този начин е препоръчително да се използват каскадни системи за управление в случаите, когато е необходимо да се поддържа контролираният параметър на дадена стойност с висока степен на точност, както и с много голямо закъснение на обекта. Допълнителен контролен контур може например да бъде затворен около интегриращия елемент на обекта, за да се преодолее собственото му закъснение. Дебитът може да се използва като спомагателна променлива, тъй като поради скоростта на управляващия контур за този параметър се предотвратяват значителни отклонения на основната контролирана променлива.
За да се създаде каскадна система за управление, е необходимо първо да се идентифицира приемлива междинна променлива, което в някои случаи е доста трудно.
Каскадните системи за контрол на потока се използват за непрекъснато подаване на вещество във или от обект. Обикновено контролът на потока се извършва чрез промяна на налягането на въздуха, подаван към клапана, с нелинейна характеристика. Ако измерването на текущата стойност на параметъра се извършва с помощта на метода на променливо диференциално налягане (при който изходният сигнал на сензора е нелинейно зависим от дебита), тогава и двете нелинейности се компенсират взаимно.
Използването на метода с променливо диференциално налягане в спомагателния кръг при управлението на процесите на топлообмен или смесване може да доведе до допълнителни затруднения. Да приемем, че контролираният параметър на обекта е линеен спрямо потока. Изходът на главния регулатор е пропорционален на диференциалното налягане, което варира право пропорционално на квадрата на потока. Следователно усилването на контура ще варира обратно на скоростта на потока. Въпреки това, много процеси трябва да бъдат контролирани при стартиране; освен това често е необходимо да се поддържат ниски скорости на потока в съоръжението за дълго време, което е доста трудно. Ако главният регулатор не е превключен на ръчно управление, тогава в контролния контур ще възникнат незатихващи трептения близо до нулевия дебит. За да се предотврати това, препоръчително е да се включи устройство за извличане на квадратен корен в линията за измерване на дебита, за да се линеаризира спомагателната верига.
Периодът на трептене на контура за управление на потока обикновено е няколко секунди. Следователно скоростта на потока не се използва като основен параметър в каскадни схеми при регулиране на топлопреминаването или процесите на смесване.
При регулиране на нивото на кипящи течности или кондензиращи пари се използват каскадни системи за управление с корекция на потока. В такива системи периодът на естествено трептене на главния кръг е по-голям от периода на трептене на контура за управление на потока.
Каскадните системи за контрол на температурата се използват доста широко. При провеждане на химични реакции, за да се получи висококачествен контрол, изходният сигнал на регулатора на температурата на реактора обикновено се изпраща към камерата за настройка на регулатора на температурата на охлаждащата течност, т.е. използва се каскадна схема за контрол на температурата на охлаждащата течност, базирана на температурата на реактора. Интензитетът на топлопреминаване зависи от температурната разлика между реагентите и хладилния агент, така че текущата стойност на температурата на хладилния агент влияе върху процеса.
Работата на системата за управление се влияе от нелинейностите и фазовите измествания на спомагателния контролен контур. Тъй като в такава система пропорционалната лента на спомагателния температурен регулатор обикновено не надвишава 25%, може да се пренебрегне действието на астатичния компонент на този регулатор.
Леко превишаване на температурата на хладилния агент не оказва голямо влияние върху работата на системата, тъй като астатичният компонент винаги действа в главния кръг. Наличието на астатичен компонент в спомагателната верига само донякъде би намалило скоростта на промяна на температурата. Когато се контролира температурата на охлаждащата течност в периодичен реактор, астатичният компонент не се използва. Обикновено при проектирането на каскадни системи за управление основната задача е да се определи съотношението на периодите на собствените трептения на главния и спомагателния контур за регулиране на температурата. Ако един и същ метод на измерване се използва и в двете вериги, тогава съотношението между естествените периоди на веригите е линейно и следователно усилването на основната верига ще бъде постоянно.
Изчисляването на каскадата ACP включва определяне на настройките на главния и спомагателния регулатор за дадени динамични характеристики на обекта за главния и спомагателния канал. Тъй като настройките на главния и спомагателния регулатори са взаимозависими, те се изчисляват по итерационния метод.
На всяка итерационна стъпка се изчислява намален едноконтурен ACP, при който един от контролерите условно се отнася към еквивалентен обект.
Еквивалентният обект за главния контролер е последователно свързване на затворен спомагателен контур и главния контролен канал.
W E (p) \u003d [- R 1 (p) / 1 - W (p) * R 1 (p) ] * W (p), (1)
където R 1 (p) е функцията на прехвърляне на спомагателния контролер,
W(p) \u003d W 1 (p) * W 2 (p) - функция за прехвърляне на обект
Еквивалентната единица за спомагателния регулатор е паралелното свързване на спомагателния канал и главния отворен контур.
W E 1 (p) \u003d W 1 (p) - W (p) * R (p), (2)
където R (p) е предавателната функция на главния контролер
В зависимост от първата стъпка на итерация има два метода за изчисляване на каскадни ACP.
1-ви метод. Изчислението започва с главния регулатор. Методът се използва в случаите, когато инерцията на спомагателния канал е много по-малка от тази на основния. На първата стъпка се приема, че работната честота на главната верига е много по-малка от тази на спомагателната. И тогава:
W E (p) \u003d W 2 (p). (3)
На втората стъпка се изчисляват настройките на спомагателния контролер за еквивалентния обект.
В случай на приблизителни изчисления те са ограничени до първите две стъпки. За точни изчисления те продължават, докато настройките на контролера, намерени в две последователни итерации, съвпадат с определената точност.
2-ри метод. Изчислението започва със спомагателен регулатор. Първата стъпка предполага, че външният регулатор е деактивиран. По този начин, в първо приближение, настройките на спомагателния контролер се намират от едноконтурния ACP за спомагателния контролен канал от израза:
W E 1 (p) \u003d W 1 (p). (4)
На втората стъпка настройките на главния контролер се изчисляват от преносната функция на еквивалентния обект. За прецизиране на настройките на допълнителния контролер, изчислението се извършва според функцията за прехвърляне. Изчисленията се извършват, докато настройките на спомагателния контролер, намерени в две последователни повторения, не съвпадат с посочената точност.
ACP с допълнителен импулс върху производната от междинна точка .
Такива системи обикновено се използват при автоматизацията на обекти, в които контролираният технологичен параметър (например температура или състав) се разпределя по пространствената координата (както в апаратите от колонен или тръбен тип). Особеността на такива обекти е, че основната регулируема координата е технологичният параметър на изхода на апарата, смущенията се разпределят по дължината на апарата, а управляващото действие се прилага към неговия вход. В същото време едноверижните затворени ACP не осигуряват правилното качество на преходните процеси поради голямата инерция на канала за управление.
Прилагането на допълнителен импулс към входа на контролера от междинна точка на устройството дава водещ сигнал и контролерът започва да работи преди изходната координата да се отклони от зададената стойност.
За да се осигури регулиране без статична грешка, е необходимо допълнителният импулс да изчезне в стационарни условия. За целта спомагателната координата се предава през реална диференцираща връзка, така че входният сигнал на контролера е равен на e=y+y’ 1 –y 0 (фигура 1.9.1a). В стационарно състояние, когато y' 1 =0, при e=0, y=y 0 .
а – оригинална схема; b - преобразува се в каскадна ASR схема
Фигура 2 - Структурни диаграми на ASR с допълнителен импулс върху производната от междинната точка
Ефективността на въвеждането на допълнителен импулс зависи от точката на неговия избор. Изборът на последния се определя във всеки конкретен случай от динамичните свойства на обекта и условията на неговата работа. Така че измерването на y 1 в началото на устройството е еквивалентно на допълнителен импулс за смущението, което идва през контролния канал. В този случай диференциращото устройство играе ролята на динамичен компенсатор на смущения. Измерването на y 1 на изхода на обекта (y 1 =y) е еквивалентно на въвеждане на производна на главната координата. За всеки обект можете да изберете оптималното място за вземане на допълнителен импулс, при което качеството на регулиране е най-добро.
Изчисляването на такива системи за управление е подобно на изчисляването на каскадна ASR след подходящи трансформации. В дадения каскаден ASR на Фигура 2б ролята на външния регулатор играе връзка с предавателната функция R d -1 (p), а вътрешната се играе от последователно свързани регулатор и диференциатор, така че трансферните функции за горните регулатори са съответно равни.
Моля, имайте предвид, че гаранцията на производителя е валидна само ако инсталирането и пускането в експлоатация са извършени от служител на специализирана организация, сертифицирана от фабриката Protherm. В същото време наличието на сертификат Protherm не изключва необходимостта от допълнително сертифициране на персонала на специализирана организация в съответствие със законите и разпоредбите, които са в сила на територията на Руската федерация, отнасящи се до обхвата на дейност на това организация.
Изпълнението на гаранционните задължения, предвидени от действащото законодателство в региона, където е инсталирано оборудването на Protherm, се извършва от продавача на вашето устройство или свързана с него организация, упълномощена със специално споразумение да извършва гаранционни и извънгаранционни ремонти на продуктите на Protherm . Ремонтите могат да се извършват и от оторизиран сервизен център на Protherm.
Фирмата, извършваща гаранционен или извънгаранционен ремонт на оборудване Protherm по време на гаранционния срок, ще отстрани безплатно всички установени от нея дефекти, възникнали по вина на производителя. Специфичните условия на гаранцията и продължителността на гаранционния срок се установяват и документират в момента на продажба и въвеждане в експлоатация на машината. Обърнете внимание на необходимостта от попълване на раздел „Информация за продажбите“, който съдържа серийния номер на устройството, търговски марки и съответните печати, дати на продажба и подписи на продавача в гаранционните карти, разположени на гърба на паспорта на продукта.
Гаранцията на производителя не важи за продукти, чиито неизправности са причинени от повреда при транспортиране, нарушаване на правилата за транспортиране и съхранение, използване на незамръзващи охлаждащи течности, замърсяване от всякакъв вид, включително соли на твърдостта, замръзване на вода, неквалифициран монтаж и/или въвеждане в експлоатация, неспазване на инструкциите за монтаж и експлоатация на оборудването и принадлежностите към него и други причини извън контрола на производителя, както и работа по монтажа и поддръжката на уреда.
Установеният експлоатационен живот се изчислява от момента на въвеждане в експлоатация и се посочва в документацията, приложена към конкретен продукт.
Фабриката Protherm гарантира наличността на всички резервни части за този продукт за минимум 8 години след спирането му от производство.
За оборудването и аксесоарите на Protherm производителят определя гаранционен срок от 2 години от датата на въвеждане в експлоатация, но не повече от 2,5 години от датата на продажба на крайния потребител.
Резервните части са с гаранция за 6 месеца от датата на продажба на дребно, когато резервните части са инсталирани от сертифициран техник на Protherm.
В случай на частична или пълна липса на информация за продажба и/или въвеждане в експлоатация, документирана, гаранционният срок се изчислява от датата на производство на устройството. Серийният номер на продукта съдържа информация за датата на издаване: цифри 3 и 4 - годината на производство, номера 5 и 6 - седмицата на годината на производство.
Организация, която е оторизиран сервизен център на Protherm, има право да откаже на крайния потребител гаранционен ремонт на оборудване, поръчан от трета страна, ако специалистът от оторизирания сервизен център установи горепосочените причини, които изключват гаранцията на производителя.
Изобретението се отнася до областта на автоматичното управление. Техническият резултат се състои в увеличаване на скоростта и намаляване на превишението при промяна на параметрите на обекта или товара, както и опростяване на процедурата за изчисляване на настройките на параметрите на контролера. Техническият резултат се постига поради факта, че във вътрешната верига се използва адаптивен трипозиционен контролер със средна позиция в зависимост от натоварването на обекта. Освен това, според резултата от работата на регулатора на вътрешната верига, с помощта на устройството за управление, управляващото действие на вътрешния или външния регулатор е свързано към обекта. Когато спомагателният параметър напусне зоната за настройка, вътрешният контролен контур работи, а когато се върне в зоната, външният контролен контур се включва и вътрешният контур се изключва. В този случай интегралният компонент на изходния сигнал на външния регулатор се формира от вътрешния регулатор и е равен на стойността на сигнала на средното положение на трипозиционния регулатор в момента на изключване на вътрешната верига. Безпроблемният преход към работата на външен регулатор, образуването на мощно релейно управляващо действие във вътрешната верига осигуряват по-високо качество на регулиране на основния параметър. Независимата от времето работа на външните и вътрешните вериги прави възможно използването на добре познати инженерни методи за изчисляване на настройките на регулатора в системи с една верига. 2 болен.
Предложеното устройство се отнася до областта на автоматичното управление и може да се използва в системи за автоматично управление на обекти с разпределени параметри или имащи най-малко два регулируеми параметъра и едно управляващо действие. Традиционната схема за каскадно управление има структурата, показана на фиг. 1. Технологичният контролен обект (TOC) има два регулируеми параметъра: основния Y1, тъй като той е цел на регулиране, и спомагателния Y2, който се използва за подобряване на качеството на регулиране на основния параметър. Основният параметър-Y1 се управлява от външна верига, която включва входния сигнал Y1 ref, външен (водещ, коригиращ) контролер R1 и функционални блокове O max и O min, ограничаващи изходния сигнал на външния контролер отгоре надолу . Допълнителният параметър Y2 се управлява от вътрешна верига, която включва вътрешен (подчинен, стабилизиращ) регулатор R2. За него еталонният сигнал Y2 zd е управляващото действие на външния контролер, който е главен спрямо вътрешния (подчинен) контролер. Последният - R2 формира управляващо действие върху обекта чрез задвижващия механизъм (ID) на входа, общ както за основния - Y1, така и за спомагателния параметър - Y2. Сигналите за основните и спомагателните параметри на външната и вътрешната верига се генерират съответно от сензори D1 и D2 и се подават за сравнение със сигналите на задачите Y1 zd и Y2 zd съответно към елементите за сравнение ES1 и ES2. Условието за осъществимост (ефективност) на такива каскадни системи е по-ниската инерция на обекта по канала на спомагателния параметър Y2 спрямо основния Y1. Известен метод за каскадно регулиране на температурата в реактора с корекция на присвояването на температурния регулатор на изхода на топлообменника (виж Автоматично управление в химическата промишленост: Учебник за университети. Под редакцията на Е. Г. Дудников. -М .: Химия , 1987, стр. 42 - 43 , фиг. 1.22). При този метод вътрешната верига е автоматичната система за контрол на температурата на изхода на топлообменника, а външната верига е температурата в реактора. Регулиращо действие - парният поток се подава към входа на топлообменника. Каналът за управление, който включва две устройства (топлообменник и реактор) и тръбопроводи, е сложна система с голяма инерция. Обектът се влияе от редица смущения, пристигащи в различни точки на системата – налягане и енталпия на парата, температура и дебит на реакционната смес, загуба на топлина в реактора и др. н. Когато налягането на парата е нарушено, контролерът на вътрешната верига променя степента на отваряне на управляващия вентил по такъв начин, че да поддържа зададената температура на изхода на топлообменника. Когато скоростта на потока на реакционната смес е нарушена, има температура в реактора и в резултат на това се задава задача за регулатора на температурата на топлообменника, който отново променя степента на отваряне на управляващия клапан в посока на възстановяване на температура в реактора и топлообменника. В зависимост от изискванията за точност на регулиране на основния параметър, във външната верига се използват астатични (I, PI) контролери, а във вътрешната верига обикновено се използват високоскоростни статични P- или PD-контролери . Недостатъкът на такива каскадни системи за управление е използването на контролери от аналогов тип и свързаното с това усложнение на схемните решения - включването на специални функционални блокове, които ограничават горната и долната част на коригиращия сигнал на външния (водещ) контролер. Поради това, разглежданите каскадни системи за управление, когато параметрите на регулирания обект или натоварване се променят, се характеризират с относително ниска скорост и голямо превишаване в динамиката, т.е. недостатъчно качество на регулацията. Друг недостатък на подобни каскадни системи е сложността на изчисляване на параметрите за настройка на контролерите, причинена от необходимостта от използване на итеративни процедури за всяка верига поотделно (при настройка на единия от контролерите, другият съдържа все още неопределени оптимални параметри). Целта на изобретението е да подобри производителността и да намали превишаването при промяна на параметрите на обекти или натоварване, както и да опрости процедурата за изчисляване на настройките на параметрите на регулаторите. Задачата се постига чрез задаване на сигналите за настройка на горната Y2"" и долната Y2" на допустимите стойности на спомагателния параметър за контролера на вътрешната верига и определяне на грешката на несъответствие E1 за астатичния контролер на външната верига при a даден интервал, действащ през задвижващия механизъм върху обекта в този интервал, използвайки аналогов сигнал, определен от закона за управление на този външен контролер. Когато спомагателният параметър напусне диапазона на настройка Y2"< Y2 < Y2"" с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно отключают от объекта управляющее воздействие внешнего астатического регулятора, формируя и сохраняя при этом его интегральную составляющую равную значению сигнала средней позиции трехпозиционного адаптивного регулятора, используемого в качестве регулятора внутреннего контура (см. авт. св. N 675399. Пневматический регулятор. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И. Бюл. 27 от 28.07.79). При возврате вспомогательного параметра в заданную зону одновременно отключают управляющее воздействие внутреннего регулятора и включают управляющее воздействие внешнего регулятора. Таким образом, при каждом выходе вспомогательного параметра из заданной зоны, управляющее воздействие на объект формируется лишь во внутреннем контуре, а при возврате его в заданную зону управляющее воздействие на объект формирует регулятор внешнего контура, обеспечивая стабилизацию основного параметра с заданной точностью. Иначе, в каждый момент времени объектом управляет лишь один из регуляторов: внутренний, если вспомогательный параметр Y2 вышел из зоны нечувствительности внутреннего регулятора, или внешний, когда Y2 находится в зоне. Управление работой регуляторов ведется по вспомогательному параметру Y2 (точнее по сигналу рассогласования E2 между Y2 и сигналами задания Y2" и Y2""), который в этом плане становится ведущим параметром объекта, т.е. параметром, который определяет логику работы управляющего устройства регуляторов, формирующего соответствующие управляющие воздействия на регуляторы, по сигналу рассогласования E2. Обеспечивая единовременную работу либо внешнего либо внутреннего регулятора, т.е. автономность работы внешнего и внутреннего контуров системы каскадного регулирования, благодаря их логическому переключению посредством управляющего устройства, отпадает необходимость в проведении сложной итерационной процедуры расчета настроек регуляторов, и появляется возможность использовать известные методы расчета одноконтурных систем аналогового и позиционного действия (см., например, Магергут В.З., Вент Д.П., Кацер И.А. Инженерные методы выбора и расчета оптимальных настроек промышленных регуляторов. Новомосковск, НФ РХТУ, 1994. 158 с.). Применение во внутреннем контуре адаптивного трехпозиционного способа регулирования с подстраиваемой к нагрузке объекта средней позицией (см. авт. св. N 458812. Способ автоматического трехпозиционного регулирования. Магергут В.З., Гимпельсон В.Г., Стальнов П.И., Беляев Ю.В. Бюл. 4 от 30.01.75) позволяет, с одной стороны, формировать мощное релейное управляющее воздействие, приводящее к увеличению быстродействия системы регулирования и уменьшению перерегулирования основного параметра, а, с другой стороны, обеспечить в это же время нахождение управляющего воздействия примерно соответствующего значению нагрузки и осуществлять благодаря слежению за этим значением интегральной составляющей внешнего контура, безударное переключение управляющего воздействия внешнего регулятора на это значение при его подключении к объекту. Регулятор внутреннего контура дает задание регулятору внешнего контура, причем не по заданию, а по выходному сигналу его интегральной составляющей, обеспечивая тем самым безударность включения внешнего регулятора в момент вхождения вспомогательного параметра объекта Y2 в зону нечувствительности внутреннего регулятора и точную настройку управляющего воздействия на значение нагрузки объекта. Иначе, в предлагаемом способе уже внутренний регулятор становится как бы ведущим по отношению к внешнему регулятору, ставшему ведомым. Таким образом, предложен способ каскадного автоматического регулирования путем измерения вспомогательного параметра объекта и стабилизации его с помощью одноконтурной системы регулирования, измерения основного параметра объекта и стабилизации его с помощью астатической одноконтурной системы регулирования и формирования сигнала задания регулятору внутреннего контура, отличающийся тем, что устанавливают сигналы задания верхнего и нижнего допустимых значений вспомогательного параметра объекта для регулятора внутреннего контура и определяют на заданном интервале ошибку рассогласования для астатического регулятора внешнего контура, воздействующего посредством исполнительного устройства на объект в заданном интервале с помощью аналогового сигнала, определяемого законом регулирования астатического регулятора внешнего контура, при выходе вспомогательного параметра объекта из заданного интервала с выхода регулятора внутреннего контура на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра объекта от верхнего и нижнего допустимых значений, а основного параметра объекта - от заданного значения и одновременно отключают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура, формируют и сохраняют интегральную составляющую этого регулятора на уровне значения средней позиции выходного сигнала регулятора внутреннего контура; при возврате вспомогательного параметра объекта в заданный интервал одновременно отключают управляющее воздействие регулятора внутреннего контура и включают управляющее воздействие астатического регулятора внешнего контура. Предлагаемый способ иллюстрируется функциональной схемой, приведенной на фиг. 2. Схема содержит технологический объект управления 1, регулятор внешнего контура регулирования 2 и задатчик 3, блок сравнения 4, регулятор внутреннего контура 5, задатчики верхнего и нижнего уровня 6 и 7 соответственно, блок сравнения 8, устройство управления 9, исполнительное устройство 11, 12 основного и вспомогательного параметров соответственно. Способ каскадного автоматического регулирования осуществляется следующим образом. Непрерывно измеряют с помощью датчика 11 параметр Y1 и стабилизируют его с помощью автоматического регулятора 2 по астатическому закону с воздействием на исполнительное устройство 10. Датчиком 12 непрерывно измеряют вспомогательный параметр Y2 и с помощью задатчиков 6 и 7 формируют величину задания верхнего и нижнего уровня этого параметра. С помощью трехпозиционного адаптивного регулятора 5 автоматически поддерживают значение этого параметра в заданном интервале, воздействуя на исполнительное устройство 10. Устройство управления 9 непрерывно измеряют ошибку рассогласования E2 внутреннего контура регулирования и в зависимости от величины и знака этой ошибки включает регулирующее воздействие, поступающее либо с внутреннего, либо с внешнего регулятора. При выходе вспомогательного параметра из зоны задания с выхода регулятора внутреннего контура 5 на исполнительное устройство подают управляющее воздействие релейного типа, со знаком, уменьшающим отклонение вспомогательного параметра от заданных крайних значений интервала, а основного параметра - от заданного значения. Одновременно устройство управления 9 отключает управляющее воздействие внешнего астатического регулятора 2, формируя и сохраняя его интегральную составляющую на уровне значения средней позиции выходного сигнала трехпозиционного адаптивного регулятора 5. Поскольку в предлагаемом способе каскадного автоматического регулирования регуляторы внешнего и внутреннего контуров работают равномерно, то на период отключения регулятора 2 внешнего контура от исполнительного устройства 10 канал связи между выходами регулятора 5 и 2 используют для подачи сигнала средней позиции адаптивного регулятора 5 в регулятор 2 для формирования в нем интегральной составляющей, равной сигналу средней позиции регулятора 5. Таким образом, по каналу, помеченному разнонаправленными стрелками, сигнал проходит то с выхода регулятора 2 к исполнительному устройству 10, то от регулятора 5 (со звена формирования средней позиции) к регулятору 2 (в интегральную составляющую регулятора). Рассмотрим применение данного способа для различных известных систем каскадного регулирования. Так для способа-аналога - каскадное регулирование температуры в реакторе - он сводится к следующему: основным параметром объекта регулирования является температура Т р в реакторе, а вспомогательным температура Т т на выходе теплообменника. Для последней устанавливают два значения ее задания - больше номинального Т т "" и меньше Т т ". Для реактора устанавливают заданное значение температуры Т рзд и поддерживают ее обычным ПИ-регулятором по одноконтурной системе регулирования. При отклонении температуры реактор Т р от задания одновременно отклоняется от номинала и температура Т т на выходе из теплообменника, причем, выбег последней за пределы зоны, т.е. за значения Т т "" или Т т " происходит быстрее, чем произойдет отклонение Т р от Т рзд на величину требуемой точности регулирования (из-за меньшей инерционности объекта по каналу: температура на выходе теплообменника Т т -управляющее воздействие Gn по пару и соответствующего выбора значений Т т "" и Т т ". Происходит срабатывание адаптивного позиционного регулятора и формирование им релейного управляющего воздействия на объект по Gn (верхнего Gn"" или нижнего Gn", направленного на возврат Т т в зону, к Т рзд. Одновременно позиционным воздействием на объект происходит формирование нового значения средней позиции этого регулятора Gn ср, соответствующего новому значению нагрузки объекта или эквивалентному ей изменению его параметров. Это новое значение отслеживается в интегральной части ПИ-регулятора, который при управлении объектом посредством внутреннего адаптивного позиционного регулятора отключен от управления объектом. При вхождении Т т в зону за счет мощного и быстрого позиционного управляющего воздействия (затем, что оно будет мощнее и быстрее воздействия даже ПД-регулятора, используемого в способе прототипа) происходит переключение на новое значение Gn ср как в регуляторе внутреннего контура, так и в подключаемом к управлению объектом вместо него ПИ-регуляторе, т.е. управление объектом начинается с нового значения управляющего воздействия, равновесного (или близкого) к новому значению нагрузки. Последнее, наряду с быстрым возвратом Т т в зону, а Т р к Т рзд, также обеспечивает повышение качества регулирования по предлагаемому способу. Рассмотрим второй пример применения способа для автоматического регулирования работы дефлегматора в процессе перегонки по авт. св. N 971395. Магергут В.З., Бебелис В.Я., Масленников И.М., Бюл. 41 от 07.11.82. Объектом является дефлегматор, в котором необходимо поддерживать температуру Т д на его выходе (основной параметр). Для повышения точности предложен традиционный способ каскадного регулирования, в котором в качестве вспомогательного параметра используется Р д внизу дефлегматора, т.е. на его входе. Управляющим воздействием является расход хладоагента Gx в дефлегматор. Для увеличения эффективности работы этой системы также можно использовать предлагаемый нами способ. Для внутреннего контура на базе адаптивного позиционного регулирования потребуется задать два значения давления на входе в дефлегматор: Р д "" и Р д " - соответственно больше и меньше номинального. Работать способ будет аналогично рассмотренному для объекта первого примера. Улучшение качества регулирования будет достигнуто как за счет большого быстродействия и более мощного воздействия внутреннего контура, так и нахождения одновременно с этим воздействием нового равновесного значения управляющего воздействия, соответствующего новому значению адаптивной средней позиции внутреннего регулятора. За счет автономности работы каждого из контуров регулирования (внешнего и внутреннего) настройка регуляторов как в первом, так и во втором примерах, естественно будет проще, чем для прототипа. Аналогичным образом быть видоизменены и все другие применяющиеся в промышленности системы автоматического каскадного регулирования, имеющие два регулируемых параметра (основного и вспомогательного) при одном управляющем воздействии при дополнительном условии, чтобы управляющее воздействие не являлось одновременно и вспомогательным параметром. В настоящее время авторы занимаются внедрением предлагаемого способа на ряде предприятий Тульской и Рязанской областей: АО "ОРГСИНТЕЗ" и НАК "АЗОТ", АООТ "Ключанский спиртзавод", причем, как путем замены существующих способов автоматического каскадного регулирования, так и самостоятельного внедрения предлагаемого способа для ряда объектов, со всеми вытекающими экономическими эффектами.
Фиг. 1. Структурата на каскадния PID температурен регулатор в кожуха на реактора
Фиг.2. Структурата на каскадния PID температурен регулатор в охладителя за обратен хладник на реактора
– Подсистемата за управление се състои от четири ПИД регулатора, образуващи две управляващи каскади (фиг.1., фиг.2.);
– Управлението на главен и подчинен контролер (смяна на режим на работа и настройка) е разрешено винаги, независимо дали реакторът работи или не, както от мнемоничната диаграма „Статус на инсталацията“, така и от прозорците на контролерите;
– В системата са предвидени резервни регулатори за повишаване на надеждността. Софтуерният регулатор се счита за основен, а хардуерният регулатор (SIPART DR22) се счита за резервен.
– Промяната на коефициентите на хардуерния контролер (коефициент на предаване, времева константа на интегриране и времеконстанта на диференциране) в съответствие с настройките на софтуерния контролер се извършва чрез натискане на бутон „Приложи“ в прозореца за настройки на софтуерния контролер;
Структурата на софтуерния контролер е показана на фиг.1, фиг.2.
– И четирите регулатора на реактора се управляват от прозорците на регулаторите или от мнемоничната диаграма „Състояние на инсталацията“. Външният вид на прозорците е показан на фиг.1., фиг.2.
– За всеки от четирите регулатора на реактора има отделен прозорец, който има две форми: основният е „прозорец за управление на регулатора“, а спомагателният е „прозорец за настройки на регулатора“. Превключването между тези форми се извършва чрез натискане на бутоните или в горната дясна част на прозорците.
– С натискане на бутона „RAMP“ (достъпен само на прозореца на водещия регулатор за хладилника) се отваря прозорец за настройка и управление на рампата (виж фиг. 2.).
– Самата рампа е линейна промяна в референтната температура от стойността „Начална стойност“ до стойността „Крайна стойност“ по време на времето „Време на преход“;
– Прозорецът за настройка и управление на рампата е предназначен да следи хода на рампата, а също така предоставя на оператора възможността да контролира рампата;
– В първоначалното състояние, когато рампата е неактивна, бутонът „Стоп“ се натиска, бутоните „Старт“ и „Пауза“ се освобождават, бутонът „Пауза“ не е наличен, „Крайна стойност“ и „Време на преход“ " са налични полета за въвеждане, полето "Начална стойност" показва текущата стойност на температурата, в полетата "Изминало време" и "Оставащо време" - нула;
– Когато рампата е активна, бутоните „Стоп“ и „Пауза“ се освобождават, бутоните „Старт“ се натискат, бутонът „Пауза“ е наличен, всички полета са недостъпни за въвеждане.
Полето "Начална стойност" показва стойността на температурата, от която е започнала плавната промяна на задачата на контролера след натискане на бутона "Старт" или стартиране на рамповата система.
Полето "Крайна стойност" показва стойността на референтния контролер, който ще бъде зададен след края на рампата.
Полето "Fade Time" показва общото време на рампата, полето "Elapsed Time" показва изминалото време на рампата, а полето "Remaining Time" показва оставащото време на рампата;
– След изтичане на времето „Време на преход“, настройката на контролера е равна на стойността „Крайна стойност“, полетата за въвеждане и бутоните се връщат в първоначалното си състояние;
– Системата има възможност за провеждане на рампа по команда на оператора със зададените от оператора настройки;
– Преди стартиране на рампата операторът въвежда необходимите стойности в полетата „Крайна стойност“ и „Време на преход“;
– От началото на фазата на полимеризация до началото на първата планирана допълнителна доза вода, операторът няма право да въвежда стойност, по-голяма от текущата температура в реактора в полето „Крайна стойност“.
Ако реакторът е в действие, преди началото на фазата на полимеризация и от момента на започване на първата планирана допълнителна доза вода, полетата за въвеждане в прозореца за настройка и управление на рампата не са достъпни за влизане от оператора, бутоните за управление на рампата не са достъпни за натискане от оператора.
Ако реакторът не работи, полетата за въвеждане в прозореца за настройка и управление на рампата са достъпни за въвеждане от оператора, бутоните за управление на рампата са достъпни за натискане от оператора;
– За стартиране на рампата операторът натиска бутона „Старт“, докато бутонът „Стоп“ се освобождава“;
– По време на рампата изходното поле „Начална стойност“ показва стойността на температурата, от която е започнала плавната промяна в еталонния контролер след натискане на бутон „Старт“;
– Ако по време на рампата искате да промените нейните параметри (крайна стойност или време на преход), трябва да щракнете върху бутона „Пауза“. Бутонът "Старт" в този случай остава натиснат, "Стоп" се освобождава и полетата за въвеждане "Крайна стойност" и "Време на преход" са достъпни за въвеждане. Промяната от подпрограмата RAMP на задачата на регулатора и отброяването на изминалото време в полето "Изминало време" ще бъдат временно преустановени;
– След въвеждане на новите параметри на рампата в полетата за въвеждане, операторът пуска бутона „Пауза“, стойността в изходното поле „Оставащо време“ се преизчислява автоматично и процесът на плавна промяна на задачата с новите параметри и обратното броене на времето за нарастване в полето "Изминало време" се възобновява;
– Изчисляването на новата стойност в полето „Оставащо време“ се извършва по следния начин: . Ако рампата преди натискане на бутона "Пауза" е продължила по-дълго от въведеното в полето "Време на преход" по време на паузата, тогава оставащото време се приема за нула, задачата на регулатора се задава равна на стойността в "Крайна стойност" поле;
– В два случая: с натискане на бутона „Старт” и с отпускане на бутона „Пауза”, присвояването на водещия регулатор в ризата се задава на един градус по-малко от „Крайна стойност” на рампата;
– И четирите реакторни регулатори имат два режима на работа: ръчен и автоматичен. В ръчен режим обратната връзка е отворена, PID алгоритъмът не функционира, операторът и системата имат възможност да променят управляващото действие върху клапана. В автоматичен режим обратната връзка е затворена, PID алгоритъмът работи, операторът и системата имат възможност да променят настройката на температурата;
– Четирите реакторни регулатори са комбинирани в две каскадни схеми за управление, всяка с главен и подчинен регулатор. Каскадата се счита за затворена, ако подчинените и главните регулатори са в автоматичен режим;
– Главният контролер не може да бъде в автоматичен режим на управление, ако подчиненият е в ръчен режим. Ако операторът или системата превключи подчинения контролер в ръчен режим, главният също ще премине в ръчен режим, каскадата се отваря. Ако операторът или системата превключи подчинения контролер в автоматичен режим, главният режим не се променя (остава в ръчен), каскадата остава отворена. Главният контролер може да се превключи в автоматичен режим само ако подчиненият е в автоматичен режим;
– Когато главният регулатор е включен в автоматичен режим, затварянето на каскадата се осигурява чрез предварително настройване на управляващото действие на главния регулатор, равно на задачата на подчинения регулатор.
