книги из ГПНТБ / Штейнберг, Ш. Е. Промышленные автоматические регуляторы

Ш . Е . Ш Т Е Й Н Б Е Р Г

Л. О . Х В И Л Е В И Ц К И Й М . А . Я С Т Р Е Б Е Н Е Ц К И Й

ПРОМЫШЛЕННЫЕ

АВТОМАТИЧЕСКИЕ

РЕГУЛЯТОРЫ

под редакцией Е. П. Стефани

S «ЭНЕРГИЯ» М О С К В А 1973

П Р Е Д И С Л О В И Е

Втаких важнейших отраслях промышленности, как

и включаются в эксплуатацию десятки тысяч регулято­ ров, общая стоимость которых исчисляется многими мил­ лионами рублей.

Д л я того чтобы правильно выбрать и эффективно использовать автоматические регуляторы, необходимо хорошо знать их возможности, технические характерис­

ристики регуляторов, так как в реальных промышлен­ ных условиях любой регулятор находится под влиянием непрерывно изменяющихся воздействий и по самой

ных отечественным промышленным автоматическим ре­ гуляторам, не содержит достаточно подробных сведе­ ний об их динамических характеристиках. Обычно мол­ чаливо принимается, что регулятор можно считать «идеальным», т. е. он с достаточной для практики точ­ ностью подчиняется некоторому заданному дифферен­ циальному уравнению, называемому стандартным зако­ ном регулирования. В действительности закон функцио­ нирования реального регулятора может настолько сильно отличаться от заданного, что неучет этих различий при-

3

ведет к резкому ухудшению качества регулирования или даже к неустойчивости всей системы.

За последние 10—15 лет сначала в Центральном ор­

заводах проведены исследования динамических свойств промышленных регуляторов различных типов. Резуль­ таты этих исследований рассредоточены в статьях, до­ кладах, отчетах и брошюрах и малодоступны широкому кругу читателей.

Внастоящей книге приводится последовательное

описание отечественных промышленных регуляторов и входящих в них устройств и блоков. Основное внима­ ние при этом уделяется их динамическим свойствам: приводятся уравнения, соответствующие назначению каждого регулятора, их уточненные линейные модели, учитывающие отличия реальных конструкций от «иде­ альных», сведения об условиях, при которых регулятор может считаться близким к идеальному. Подробные описания принципиальных схем и деталей конструктив­ ного выполнений в книге отсутствуют, так как непрерыв­

ляторы. Каждая часть открывается вводной главой, в ко­ торой даны характеристики и перечислены также обла­

ванные конкретными примерами.

Характер изложения материала рассчитан на инже­ нерно-технических работников, занимающихся проекти­ рованием, наладкой и эксплуатацией систем автомати-

4

В В Е Д Е Н И Е

Технологические процессы, протекающие в промыш­ ленных агрегатах, находятся под воздействием возму­ щений, которые вызывают отклонения координат про­ цесса от их номинальных значений. Например, измене­ ние потребления пара от парового котла вызовет изменение давления и температуры пара. Чтобы вер­ нуть эти координаты к заданным значениям, необходи­ мо изменить материальные и энергетические потоки, поступающие в агрегат, в данном случае изменить по­ дачу топлива в котел и расход воды на охлаждение пара. Эти изменения могут быть выполнены с помощью автоматических устройств, которые, взаимодействуя с агрегатом, образуют систему автоматического регули­ рования. Такая система состоит из объекта регулирова­ ния, которым является управляемый участок технологи­ ческого процесса и автоматического регулятора. По­ следний представляет собой совокупность взаимосвя­ занных устройств, измеряющих отклонение координаты объекта от заданного значения и автоматически изме­ няющих с помощью регулирующего органа поток ве­ щества или энергии в объект так, чтобы уменьшить или

и автоматического регулятора Р. К объекту автоматиче­

6

та у. Чувствительный элемент измеряет текущее значе­ ние регулируемой величины. С помощью датчика (пер­ вичного измерительного преобразователя) 2' результат измерения преобразуется в сигнал х%, удобный для по­ следующих операций. Текущее значение сигнала на вы­ ходе чувствительного элемента принято считать выход­ ной координатой объекта х\.

Основными элемента­ ми автоматического регу­ лятора являются датчик 2', входное устройство 4, формирующее устройство 5, исполнительный меха­ низм 6 и задатчик 7.

Во многих случаях во входном устройстве алгебраи­ чески суммируются сигналы двух и более датчиков. Та­ кие устройства предназначены обычно для регулирова­ ния соотношений расходов, введения дополнительных сигналов от возмущающих воздействий и т. п. В зави­ симости от количества сигналов, поступающих во вход­ ное устройство от датчиков, регулятор называется одноимпульсным, двухимпульсным и т. д.

Формирующее устройство 5 предназначено для пре­ образования сигнала х таким образом, чтобы на выходе исполнительного механизма получить заданный закон регулирования.

Под законом регулирования понимается вид мате­ матической зависимости между выходной координатой регулятора у и отклонением регулируемой координаты х. Входящие в эту зависимость коэффициенты, изменяе­ мые с помощью настроечных приспособлений, носят на­ звание параметров настройки. Простейший закон регу-

7

лирования — пропорциональный у—С\х, т. е. выходная координата регулятора пропорциональна сигналу ошиб­ ки. Коэффициент пропорциональности С\ является па­ раметром настройки регулятора. В большинстве случа­ ев закон регулирования представляет собой дифферен­ циальное уравнение, в которое входят не только координаты, но и их производные по времени. Форми­ рующее устройство конструируется с учетом динамиче­ ских свойств исполнительного механизма. Обычно это устройство также усиливает сигнал х по величине и мощ­ ности до значений, достаточных для привода исполни­ тельного механизма. Входное 4 и формирующее 5 уст­ ройства вместе называются регулирующим устройством.

Исполнительный механизм 6 служит преобразовате­ лем сигнала на выходе регулирующего устройства в вы­ ходную координату регулятора у. Чаще всего выходной координатой регулятора является механическое пере­ мещение выходного вала (штока), который сочленен

срегулирующим органом.

Спомощью задатчика автоматического регулятора 7 может устанавливаться определенное постоянное значе­ ние регулируемой координаты. Система с таким задатчиком называется системой автоматической стабилиза­

ции. Изменение х3 в таких системах осуществляется опе­ ратором вручную. Существуют системы, в которых

изменение х3 осуществляется по некоторой известной функции времени (программе). Такие системы называ­ ются программными, задатчик — программным задатчиком или программным устройством, а регулятор — программным регулятором.

ектов также весьма различны и часто существенно из­ меняются в процессе эксплуатации. Для некоторых объ­ ектов создаются специализированные регуляторы, пред­

8

Перечислим основные особенности таких универ­

0—Ъма). Другие датчики, особенно электрические, име­ ют на выходе ненормализованные сигналы, изменяющи­ еся в различных диапазонах и с разной формой носите­

лятора представляет собой специальное устройство, не связанное с системой контроля. Входная часть регули­ рующего устройства выполняется в этом случае смен­ ной, что позволяет подключать к нему различные дат­ чики.

При использовании приборного принципа датчик подсоединяется к вторичному измерительному прибору.

Агрегатный принцип построения используется при стандартных сигналах на выходе датчиков. Такой прин­ цип рекомендован Государственной системой приборов (ГСП) и позволяет подключать любой стандартизован­ ный датчик непосредственно к унифицированному вхо­ ду регулирующего устройства. Отсутствие необходимых серийных электрических и гидравлических измеритель­ ных преобразователей ограничивает использование та­ кого принципа построения.

Приборный принцип построения, как и агрегатный, позволяет использовать одну и ту же конструкцию ре­ гулирующего устройства для подключения к разным

цип по сравнению с приборным позволяет получить не­

9