управление технологическими процессами — тех ническая дисциплина одного из разделов молодой науки, зародив­шейся в начале нашего века, — кибернетики. Кибернетика — наука об общих закономерностях процессов управления в машинах, живых организмах и их объединениях. Техническая кибернетика рассматри­вает методы разработки и создания систем уп­равления только техни­ческими и технологиче­скими объектами.

Автоматическое уп­равление технологичес­кими процессами явля­ется частью технической кибернетики и охваты­вает все проблемы, свя­занные с контролем тех­нологического процесса, его защитой от аварий­ных режимов, сигнали­зацией отклонений от номинальных режимов и автоматическим регу­лированием основных технологических характеристик и параметров (температуры, давле­ния, уровня, расхода, состава газа и т. д.). Кроме того, в системах автоматизации промышленных предприятий предусматривается ди­станционное (ручное) управление, т. е. управление технологическим процессом, осуществляемое оператором со щита управления. Дистан­ционное управление необходимо для пуска и останова аппаратов технологического процесса, а также на случай отказа автоматических систем.

Все автоматические системы промышленных предприятий можно разделить на автоматические системы замкнутые (рис. 2) и разомкну­тые. Замкнутой автоматической системой называется совокупность элементов управляющего устройства (УУ) и элементов управляемого объекта (УО), образующая замкнутую цепь: прямое воздействие УО-^ УУ и обратное воздействие УУ->- УО. В разомкнутых систе­мах отсутствует обратное воздействие.

Рис. 2. Классификация систем автоматизации промышленных предприятий

К разомкнутым относятся: автоматическое измерение технологи­ческих параметров, контроль, дистанционное управление характерис­тиками объекта и системы автоматической защиты оборудования от аварийных режимов.

К замкнутым автоматическим системам относятся автоматические системы регулирования параметров технологического процесса. Ав­томатическая система регулирования — разновидность автоматиче­ских систем управления — представляет собой замкнутую цепь (объект — автоматическое управляющее устройство — объект), в ко­торой управляющее воздействие на объект вырабатывается в резуль­тате сравнения действительного значения управляемой величины с заданным значением.

Для замкнутых автоматических систем не достаточно настроить каждый прибор в отдельности и согласовать их характеристики, не­обходимо, чтобы характеристики всей управляющей системы соответ­ствовали характеристикам управляемого объекта. При изменении характеристик объекта должны меняться и характеристики управляю­щей системы. Наладка замкнутых систем автоматического управле­ния на соответствие их характеристикам управляющего объекта тре­бует высокой квалификации наладчиков: знание общих законов ее функционирования в целом, которые являются общими для всех замк­нутых систем независимо от конструкции, назначения и способа их реализации, т. е. независимо от того, на каких элементах собрана эта система — электромеханических, электронных, пневматических или гидравлических.

В данном и четвертом разделах излагаются физические основы и практические методы наладки замкнутых автоматических систем ре­гулирования.

Регулятор прямого действия (примеры автоматической системы регулирования)

Первый автоматический регулятор был изобретен при конструи­ровании паровой машины в 1765 г. И. И. Ползуновым (рис. 3) для поддержания постоянного уровня воды в паровом котле без участия человека.

Чувствительным элементом, измеряющим уровень воды в котле, является поплавок 3 — металлический пустотелый шар, плавающий па поверхности воды. Системой рычагов 1 и 6 поплавок соединяется с клапаном 4, изменяющим подачу воды в котел. С увеличением коли­чества потребляемого машиной пара Gn давление на поверхность воды уменьшается. При меньшем давлении интенсивнее испаряется вода, и поэтому уровень ее тН уменьшается. Поплавок 3, опускаясь, через систему рычагов и шарниров приоткрывает клапан 4, увеличивая приток воды и тем самым восстанавливая ее уровень. С восстановле­нием уровня воды поплавок, поднимаясь, прикрывает клапан 4 п тем самым автоматически устанавливает расход воды, точно соответ­ствующий новому значению расхода пара.

Изменение расхода пара, вызванное изменением нагрузки паровой машины, называется возмущением или воздействием. Возмещение может приходить и со стороны топки, и со стороны питательной воды. Так, изменение температуры в топке или напора воды перед клапаном вызовет изменение уровня, но во всех случаях благодаря дей­ствию автоматического устройства значение уровня будет вос­становлено. Внешним воздействием (или внешним возмущением) называется воздействие на автоматическую систему управления внешней среды, не являющейся частью этой автоматической системы (например, воз­действие нагрузки или напора воды). Внутренним воздействием (или внут­ренним возмущением) называется воздействие одной части автоматичес­кой системы управления на другую (например, изменение длины рычага 1 изменяет положение клапана 4).

Рис. 3. Автоматический регуля­тор Ползу нов а:

/ и б — рычаги, 2—гайка, 3 — попла­вок. 4 — клапан, 5—топка котла

Конструкцией регулятора преду­смотрена возможность изменения за­данного значения регулируемого па­раметра, например величины уровья, т. е. изменения задания. Для этого достаточно в данном регуляторе изме­нить длину рычага 1 с помощью вин­та и гайки 2. С увеличением длины рычага увеличится степень открытия клапана 4 и, следовательно, приток воды в котел. С увеличением притока воды уровень увеличится.

Заданным (предписанным) значе­нием регулируемой величины называется значение регулируемой величины, предписанное алгоритмом управления.

Следует обратить внимание еще на одну особенность конструкции рассмотренного устройства, которая присуща всем регуляторам. Если изменить соотношение длины плеч ВО и ОС рычага 6, т. е. перенести точку опоры рычага, то изменится степень открытия клапана на каж­дый миллиметр перемещения поплавка. Чем больше плечо ОС (и мень­ше ВО), тем больше открытие клапана при том же перемещении по­плавка и тем быстрее прекратится изменение уровня.

Вся система регулирования состоит из трех основных элементов: первичного измерительною преобразователя, регулирующего органа и объекта регулирования.

Участок котла от клапана 4 до уровня воды называется каналом регулирования. Если три основных элемента системы условно обоз­начить прямоугольниками, а связь между ними — стрелками, то мож­но построить функциональную схему (блок-схему) системы регулиро­вания (рис. 4). Функциональной схемой называется графическое изоб­ражение совокупности-функциональных блоков и связей между ними, образующих автоматическую систему.

Направление стрелок соответствует направлению воздейсівия од­ної о функционального блока на другой. Над стрелками пишут обоз­начение технологических параметров — расхода Gn и уровня воды И. Стрелки, входящие в элементы системы, называются входами, а па­раметры, которые они отражают, — входными; стрелки, выходящие из элементов, — выходами, а параметры — выходными Входом функционального блока называются цепи, на которые подается воздействие извне (по отношению к данному блоку); выхо­дом — цепи, которые непосредственно воздействуют во вне (по отно­шению к данному блоку) Так, выход канала регулирования Н одно­временно является входом первичного измерительного преобразовате­ля (поплавка). Выход регулирующего органа (клапана) называется регулирующим воздей­ствием, выход канала регулирования — регу­лируемым параметром.

Вся схема в целом отра­жает структуру взаимо­действия элементов сис темы и называется функ­циональной схемой.

Отличительной осо­бенностью регулятора Ползу нова является то, что для перемещения регулирующего органа используется энергия, развиваемая чувстви­тельным элементом. Та кие регуляторы называ­ются регуляторами пря­мого действия В структурной схеме регулятора прямого действия сигнал с выхода преобразователя передается прямо на регулирую­щий орган.

Возмущения со стороны

Рис. 4. Функциональная схема регулятора прямого действия