Выбор управляющих параметров

Наиболее ответственным этапом разработки автоматизированной системы управления (АСР) является выбор парамет­ров, участвующих в управлении. К ним относят контролируе­мые, сигнализируемые и регулируемые величины, а также параметры, изменяя которые, можно вносить регулирующие воздей­ствия. Далее выбирают идеи и способы осуществления защиты и блокировки, а затем – конкретные автоматические устройства управляющей системы.

Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулирую­щих воздействий. Выбор эффективных каналов внесения регулирующих воз­действий основан на анализе статических и динамических ха­рактеристик объектов. Основными автоматическими устройствами, поддерживаю­щими требуемый технологический режим в объекте, являются регуляторы. Поэтому сначала целесообразно наметить регули­руемые параметры процесса и каналы внесения регулирующих воздействий и только после этого приступать к выбору осталь­ных параметров.

Возможные регулирующие воздействия. Это материальные или тепловые потоки, которые можно изменять для поддержания регулируемых параметров на заданных значениях.

Выходные переменные. Из их числа выбирают регулируемые координаты. При построении замкнутых систем регулирования в качестве регулируемых координат выбирают технологические параметры, изменение которых свидетельствует о нарушение материального или теплового баланса в аппарате. К ним относятся: уровень жидкости – показатель баланса по жидкой фазе; давление – показатель баланса по газовой фазе; температура – показатель теплового баланса в аппарате; концентрация – показатель материального баланса по компоненту.

Анализ возможных регулирующих воздействий и выходных координат объекта позволяет выбрать каналы регулирования для проектируемых АСР. При этом в одних случаях решение определяется однозначно, а в других имеется возможность выбора как регулируемой координаты, так и регулирующего воздействия для заданного выхода. Окончательный выбор каналов регулирования проводят на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик различных каналов. При этом учитывают такие показатели, как коэффициент усиления, время чистого запаздывания, его отношение к наибольшей постоянной времени канала τ/T.

На основе анализа технологического процесса как объекта управления проектируют систему управления, обеспечивающую решение поставленной задачи. начинают с проектирования одноконтурных АСР для отдельных параметров: они наиболее просты в наладке и надежны в работе, поэтому широко используются при автоматизации технологических объектов.

Однако при неблагоприятных динамических характеристиках каналов регулирования (большом запаздывании, большом отношении τ / T) даже в случае оптимальных настроек регуляторов качество переходных процессов в одноконтурных АСР может оказаться неудовлетворительным. Для таких объектов анализируют возможность введения многоконтурных АСР, повышающих качество регулирования за счет усложнения схемы автоматизации и использования каскадных, комбинированных, а также взаимосвязанных АСР.

Окончательное решение о применении той или иной схемы автоматизации принимают после моделирования различных АСР и сравнения качества получаемых процессов регулирования.

Выбор контролируемых величин. При выборе контролируе­мых величин необходимо руководствоваться тем, чтобы при ми­нимальном их числе обеспечивалось наиболее полное представ­ление о процессе.

Контролю подлежат прежде всего те параметры, знание те­кущих значений которых облегчает пуск, наладку и ведение тех­нологического процесса. К таким параметрам относятся все регулируемые величины, нерегулируемые внутренние парамет­ры, входные и выходные параметры, при изменении которых в объект могут поступать возмущающие воздействия.

При оперативном управлении возникает не­обходимость контроля наиболее важных выходных параметров процесса, например количества полученного конечного продукта, его температуры и состава. Данные, необходимые для хозрасчетных опе­раций или подсчета технико-экономических показателей, получают контроли­руя группу параметров, к которым относится, например, расход электроэнергии, расход тепло- и хладоносителей и др..

Выбор сигнализируемых величин. К выбору параметров сиг­нализации приступают после анализа взрыво- и пожароопасности объекта, а также токсичности и агрессивно­сти перерабатываемых веществ.

Сигнализации подлежат все параметры, изменения которых могут привести к аварии, несчастным случаям (например, от­равлениям) или серьезному нарушению технологического режи­ма. К ним относится концентрация взрывоопасного вещества в воздухе производственного помещения, уровень жидкости, дав­ление в аппаратах и др.

Если к отклонению регулируемых величин предъявляют жесткие требования, они одновременно являются и сигнализи­руемыми. Сигнализации подлежат главные параметры регулиро­вания в многоконтурных системах; остановка оборудования, не предусмотренная технологическим регламентом; предельные значения параметров, которые контролируются с целью прове­дения оперативного управления.

Одним из важных назначений устройств сигнализации явля­ется оповещение обслуживающего персонала о нарушениях технологического процесса, которые могут привести к браку вы­пускаемой продукции. В связи с этим следует сигнализировать об отклонениях наиболее ответственных внутренних параметров и показателей эффективности, а также о прекращении подачи продуктов, теплоносителей и т. п.

Выбор способов защиты и блокировки. В каче­стве параметра, при значительном отклонении которого срабаты­вает устройство автоматической защиты, прежде всего, следует брать концентрацию взрывоопасного вещества в воздухе произ­водственного помещения. Если концентрация достигает опасно­го значения, устройство защиты обеспечивает проведение необ­ходимых мероприятий. При этом прекращается поступление на производственный участок данного вещества, снижается давле­ние в аппаратах, приводится в действие аварийная система вен­тиляции.

Опасность взрыва или аварии может возникнуть и в случае прекращения подачи одного из веществ в технологический ап­парат, например охлаждающего агента в реактор, где идет реак­ция с выделением тепла. При этом устройство защиты должно полностью изолировать данный аппарат, отключив от него все магистрали, по которым подаются вещества, способствующие возникновению аварии.

Одним из обязательных параметров защиты должно быть давление в аппарате. В случае повышения давления до опасно­го предела должно срабатывать автоматическое устройство, обеспечивающее сообщение полости аппарата с атмосферой или линией продувки. Одновременно должны быть приняты меры для изоляции аппарата от источников давления (насоса, компрес­сора). При выходе из строя насоса (или компрессора) устройство защиты должно автоматически включить резервный насос (или компрессор).

Устройства (схемы) автоматической блокировки, как было сказано, должны предотвратить неправильный пуск и останов аппаратов и машин, исключить, в частности, возможность прове­дения последующих операций, если не выполнена предыдущая. Например, в схемах управления реверсивными электродвигате­лями предусматривается блокировочная зависимость, исклю­чающая возможность одновременного срабатывания обоих маг­нитных пускателей (во избежание короткого замыкания фаз).

Выбор регуляторов и параметров их настройки. анализ статических характеристик объекта регулирования позволяет выявить те параметры, регулирование величины которых оказывает максимальное воздействие на процесс. Если в объекте имеются несколько независимых параметров, их регулируют раздельно, вводя соответствующие контуры регулирования. в объектах с зависимыми регулируемыми параметрами используются контуры регулирования, в которых учитывается степень воздействия управляющих сигналов на регулируемые величины.

Канал регулирования выбирают так, чтобы регулирующее воздействие х_вх (поток вещества или энергии, подаваемый в объект или выводимый из него) максимально изменяло регулируемую величину х_вых, т.е. чтобы был максимальный коэффициент усиления (коэффициент передачи).

По динамическим характеристикам объекта выбирают такие точки приложения управляющих воздействий, которые обеспечивают наибольшую скорость изменения регулируемых величин.

К качеству регулирования технологического процесса предъявляется в одних случаях требование минимальности динамической ошибки регулирования, в других – минимальности времени регулирования. Поэтому в качестве заданного принимают один из трех типовых переходных процессов: граничный апериодический с минимальным временем регулирования, с 20-процентным перерегулированием или с минимальной площадью отклонения. Переходный процесс в АСР зависит от свойств технологического объекта и от характера и величины возмущающих воздействий, а также от типа регулятора (закона регулирования) и параметров его настройки. Свойства простых объектов могут быть определены на основе математического описания или экспериментально, по переходным характеристикам объекта. Свойства сложных объектов на практике часто заменяют объектами 1-го порядка с запаздыванием.

В зависимости от отношения времени запаздывания и постоянной времени объекта τ /Т₀ рекомендуют следующие типы регуляторов:

позиционный регулятор τ /Т₀ < 0,2;

регулятор непрерывного действия 0,2 < τ /Т₀ < 1,0;

многоконтурные системы регулирования τ /Т₀ > 1,0.

При выборе типа регулятора учитывают свойства технологического объекта, величину возмущения, заданный вид типового переходного процесса, допустимые значения показателей качества регулирования (динамическую ошибку х _{1. доп} , статическую ошибку х_ст.доп, время регулирования t_р.доп).

Время регулирования t_p определяется из отношения t_p /τ, при котором в системе обеспечивается протекание заданного типового переходного про-цесса. это отношение определяется по графикам зависимости t_p /τ от τ /Т₀. Для устойчивых объектов по графикам в зависимости от τ /Т₀ (ось абсцисс) находят значения настроечных параметров К_р, Т_и, Т_Д (ось ординат).

Дата добавления: 2014-10-23