Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Автоматизация технологических процессов

Регулирующие контуры

Регулирующий контур представляет собой совокупность управляемого объекта и измерительно-управляющей аппаратуры — регулятора (рис. 5.7).

В статическом состоянии в управляемом объекте существует равновесие материальных и энергетических потоков. Причем этому состоянию соответствуют определенные значения переменных (температуры, давления, тока, скорости и т.п.), характеризующих протекание в управляемом объекте технологических процессов. Если при этом истинные значения управляемых (регулируемых) переменных соответствует их предписанным (заданным технологическим) значениям н, г/зд), то указанное статическое состояние соответствует требуемому режиму ведения технологического процесса.

Под влиянием тех или иных факторов (возмущающих воздействий) статическое состояние управляемого объекта может быть нарушено и в возникшем неустановившемся или переходном режиме работы произойдет отклонение истинного значения регулируемой переменной от предписанного (заданного) ее значения. Возникает ошибка автоматического регулирования, или рассогла-

5.3. Регулирующие контуры

Рис. 5.7. Обобщенная структурная схема измерительно-управляющей аппаратуры (регулятора):

ПП — первичный преобразователь; R0t — терморезистор; Т, Е, L, S, М, F, Р — температура, электрическая величина, уровень, частота, влажность, расход, давление соответственно; СЛ(Г) — сигнал датчика; Сзл — сигнал задатчика; Зд — задатчик; е — сигнал рассогласования; ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

104

сование (Гзд - У), которое вызывает управляющее (регулирующее) воздействие (ху) регулятора на объект.

Для устранения рассогласования и приведения управляемого объекта к требуемому статическому состоянию регулятор воздействует на приток или расход в объекте вещества или энергии посредством установки регулирующего органа в соответствующее положение.

Регулирующее воздействие является внутренним воздействием САР, так как одна часть автоматической системы (регулятор) оказывает влияние на другую ее часть (объект).

Конструктивно электронный регулятор состоит:

  • ? из датчика, предназначенного для измерения физических неэлектрических величин и преобразования их в сигналы аналогового или цифрового вида;
  • ? регулирующего прибора (РП), сравнивающего истинное значение переменной с предписанным значением и преобразующего ошибку рассогласования е по определенным законам в управляющий сигнал;
  • ? исполнительного механизма (ИМ), преобразующего управляющий сигнал в управляющее воздействие;
  • ? регулирующего органа (РО), обеспечивающего изменение ре- 1улирующего потока вещества или энергии в соответствии с управляющим воздействием.

Датчик конструктивно состоит из преобразователя неэлектрической физической величины в электрический сигнал и электронного усилителя сигнала (рис. 5.8).

Преобразователи физико-технических величин в электрический сигнал управления можно разделить на два типа: генераторные и параметрические.

Примером преобразователя первого типа является термопара, преобразующая тепловое воздействие на нее внешней среды в постоянное напряжение (термоЭДС), составляющее до 50 мВ. Это напряжение зависит от разницы температур на различных участках термоэлектрической проволоки, а также от материалов, используемых для ее изготовления. Если температура места сравнения поддерживается термостатом постоянной, то между температурой места измерения и термоЭДС прослеживается прямая зависимость. Подключив термопару на вход операционного усилителя (рис. 5.8, а),

Измерительные схемы с применением операционных усилителей (DA)

Рис. 5.8. Измерительные схемы с применением операционных усилителей (DA):

а — усилитель для термопар; б — усилитель для мостовых датчиков; R ± AR — первичный преобразователь неэлектрической величины; 1 — измерительный спай; 2 — компенсационный спай; 3 — термостат

на выходе можно получить сигнал необходимой величины, который можно использовать для формирования регулирующего воздействия.

Примерами первичных преобразователей параметрического типа являются измерительные сопротивления: металлические и полупроводниковые.

Металлические измерительные термосопротивления обладают положительным температурным коэффициентом. Это означает, что при повышении температуры Т сопротивление R возрастает, ток I уменьшается. Можно представить следующую логическую схему измерения температуры с помощью термометра сопротивления (рис. 5.9): металлическое измерительное сопротивление и сопротивление с отрицательным температурным коэффициентом (Tl-Rl-rt).

Конструктивно металлическое термосопротивление представляет собой катушку, намотанную из тонкой медной, платиновой или никелевой проволоки.

Полупроводниковый измеритель представляет собой резистор с отрицательным температурным коэффициентом.

Измерение температуры с помощью термоэлементов и термометра сопротивления называется контактным измерением. Для переноса теплоты объект измерения должен соприкасаться с измерительным датчиком.

Параметрический измеритель температуры

Рис. 5.9. Параметрический измеритель температуры: а — температурная зависимость полупроводниковых измерительных сопротивлений; 6 — температурная зависимость полуметаллических измерительных сопротивлений; в — конструктивное устройство температурного первичного преобразователя (1 — контакты; 2 — диэлектрик; 3 — защитная трубка;

4 — термосопротивление)

Сопряжение первичного преобразователя с усилителем производится с помощью измерительного моста (рис. 5.10). Сила тока в измерительной диагонали cd:

Условием равновесия измерительного моста является соотношение R1 • R4 = R2 • R3. При выполнении этого условия разность потенциалов на вершинах измерительной диагонали cd равна нулю.

Измерительный резистор, параметр которого меняется от текущего значения измеряемой величины, называется активным (R± AR), остальные измерительные резисторы пассивные (R).

В измерительной технике чаще используются симметричные схемы, когда Rl = R2 и R4 = R3 или Rl = R2 = R3 = R4 = R — полная симметрия.

Примем один из резисторов активным, тогда уравнение (5.8) будет иметь вид [48J:

Ток в измерительной диагонали меняет свое направление в зависимости от отклонения параметра от равновесного состояния.

Функция UC(i = /(А/?) имеет линейный характер, и моетовая измерительная схема может быть использована как элемент системы регулирования.

Схема измерительного моста

Рис. 5.10. Схема измерительного моста

В последние годы промышленность наладила выпуск преобразователей для измерения разрежения, избыточного и абсолютного давления газов, паров и жидкостей, уровня, изменения плотности, расхода жидкости. В этом случае чувствительным элементом измерительного преобразователя является

пьезорезистивпая кремниевая монолитная структура, встроенная в приемник, который отделен от измеряемой среды разделительной мембраной и заполнен специальной манометрической жидкостью. Схемы измерения параметров приведены на рис. 5.11.

Чувствительный элемент преобразователя является активным элементом измерительного моста преобразователя. Выход преобразователя — унифицированный сигнал (4...20 мА или 0...10 В),

Схемы измерения

Рис. 5.11. Схемы измерения:

а — уровня; б — плотности жидкости; в — давления (Pi), разрежения (Р2); г — расхода; 1 — пьезорезистивпая кремниевая монолитная структура; 2 — мембрана; 3 — измеритель; 4 — калиброванная шайба

108

который подается на измерительную схему регулирующего прибора для формирования сигнала рассогласования и затем — для управляющего воздействия.

При воздействии регулятора на объект его выходная величина (параметр) начинает изменяться во времени. Уравнения, устанавливающие зависимость изменения выходных координат объекта от вариации входных воздействий, называются динамическими характеристиками объекта управления.

Динамическая характеристика определяет продолжительность и характер процесса изменения выходной переменной объекта во времени при переходе объекта из одного установившегося состояния в другое и описывается уравнением вида у = f(x, t), где t — время. Изменение регулируемой величины зависит от свойств объекта и от характера возмущения.

Параметры объекта принято определять по динамической характеристике, представляющей собой изменение регулируемой величины во времени при скачкообразном изменении положения регулирующего органа. Графики ступенчатых воздействий показаны на рис. 5.12, а.

Для представления динамических характеристик объектов могут использоваться переходная характеристика и передаточная функция.

Переходной характеристикой объекта y(t) (рис. 5.12, б) называется динамическая характеристика, определяющая изменение выходной величины объекта во времени при входном ступенчатом воздействии: x(t) = Л • 1 (t), где 1 (?) — единичное ступенчатое воздействие; Л — постоянная.

Графики ступенчатых воздействий (а) и переходная характеристика (б)

Рис. 5.12. Графики ступенчатых воздействий (а) и переходная характеристика (б)

При этом (t) = 0 при t < 0.

Переходная характеристика, получаемая при x{t) = 1 (t), называется переходной функцией и обозначается h(t) (рис. 5.12, б).

Удобство переходной характеристики основано па применимости к линейным системам принципа суперпозиции. В соответствии с этим принципом при подаче на линейную систему совокупности различных воздействий ее реакция равна сумме реакций на каждое из этих воздействий в отдельности. Следовательно, зная переходную функцию объекта как реакцию па единичное входное ступенчатое воздействие, можно определить его реакцию па любое другое входное воздействие, предварительно представив его с определенным приближением в виде совокупности единичных входных ступенчатых воздействий.

Динамические свойства управляемого объекта определяют как выбор автоматического регулятора, так и характер переходного процесса после нарушения равновесия системы.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы