Вопрос №2

Классификация автоматических систем регулирования.

Все АСР делятся на два класса (две группы).

1. Не самонастраивающиеся (обыкновенные).

2. Самонастраивающиеся.

Обыкновенные АСР, имеющие наибольшее распространения, классифицируют по следующим признакам;

- по функциональному назначению;

- по признаку регулирования;

- по виду используемой энергии;

- по способу действия на объект;

- по свойствам в статике;

- по числу контуров регулирования.

Классификация АСР по функциональному назначению

В основу классификации АСР по функциональному назначению положен характер изменения во времени заданного значения регулируемого параметра (У_З). В зависимости от этого АСР подразделяются на три вида:

1.Стабилизирующие АСР.

2. Программные АСР.

3. Следящие АСР.

Стабилизирующие АСР – это системы, у которых задаваемое значение регулируемого параметра не изменено в течение продолжительного периода времени (технологического процесса). Примером стабилизирующей системы является система поддержания давления воздуха в ресивере.

Задание регулятора устанавливается ручным задатчиком и таким же способом может быть скорректировано, если этого требуют условия технологического процесса.

Программные АСР – это системы, у которых заданное значение регулируемого параметра изменяется по заранее заданному закону во времени, т.е. по программе. Задание может изменятся, также по программе в зависимости от изменения другого параметра этого же или технологически связанного с ним объекта.

В данных системах применяют программный задатчик.

Пример: Многие процессы в аппаратах периодического действия протекают следующим образом (рис.4). В аппарат загружают компоненты, перемешивают. После этого масса нагревается (охлаждается) и выдерживается при заданной температуре в течение заданного времени. Контроль температуры осуществляется при помощи термометра сопротивления. Сигнал о величине параметра направляется в элемент сравнения, где сравнивается с заданным значением, установленным программным задатчиком. Сигнал рассогласования направляется на регулирующий клапан 2, установленный на линии подачи теплоагента.

Рисунок 4 – Схема программной АСР

Следящие АСР – представляют собой частный случай программных АСР. В таких системах задаваемый параметр изменяется не по заданной программе, а в зависимости от значения другого параметра, изменение которого во времени не известно.

Задатчиком в следящей системе является датчик независимой величины.

Подобные системы в тепловой промышленности широко используются, когда необходимо поддерживать определенное соотношение между различными компонентами.

Пример: Регулирование соотношения газа и воздуха в топках (рис.5). Регулирующее устройство состоит из двух мембранных дифманометров 1и 2. Первый дифманометр является датчиком независимого параметра расхода газа (G_газ), а второй регулируемого параметра – расход воздуха (G_В). Мембраны манометров соединены штоком 3 через поворотное сопло 4. Через сопло подается масло под давлением. Напротив поворотного сопла установлены приемные сопла 5, которые связаны трубками с поршневым механизмом 6 управления положения заслонки 7.

Если соотношения расхода газа и воздуха соответствует заданному значению, то сопло 4 находится на середине между приемными соплами 5. В результате этого, давление с левой (Р₁) и правой (Р₂) стороны поршня равны, поршень вместе с заслонкой неподвижны.

При увеличении расхода газа мембрана дифманометра 1 прогибается и при помощи штока 3 перемещает сопло 4 вправо. По мере перемещения сопла давление Р₂ начинает возрастать, перемещая поршень влево. Постепенно открываясь, заслонка 7 увеличивает расход воздуха. С увеличением расхода возрастает перепад давлений в дифманометре 2, под действием которого мембрана начинает перемещать сопло 4 влево. Когда сопло займет нейтральное положение давление в поршневом механизме выравнится и открытие заслонки прекратится. В результате регулирования соотношения между расходом воздуха и газа восстановится, при новых величинах расхода.

Рисунок 5 – Схема регулирования соотношения веществ

Для первоначальной установки соотношения служит регулировочный механизм 8 (пружина и винт).

Стабилизирующие, программные и следящие системы относятся к группе АСР, задачей которых является поддержание равенства между текущим и заданным значением параметра с определенной точностью. В случае рассогласования этих величин управляющее устройство воздействует на регулирующий орган и приводит систему в установившееся состояние.

Классификация АСР по принципу регулирования.

По принципу регулирования АСР разделяются на три вида:

1. По отклонению;

2. По возмущению (нагрузке);

3. Комбинированные системы.

Принцип регулирования по отклонению. Его сущность заключается в том, что регулирующее воздействие в системе возникает при отклонении регулируемого параметра от заданного значения независимо от вида возмущения и места их возникновения.

АСР использующие данный принцип регулирования универсальны, т.е. их можно использовать для регулирования всевозможных процессов, но имеют ряд недостатков.

Во-первых, действовать система начинает лишь при наличии отклонения регулируемого параметра. Во-вторых, в виду инерционности объектов информация об отклонении регулируемого параметра задерживается. Следовательно, невозможно обеспечить поддержания точного значения заданного параметра.

Первый регулятор, реализующий принцип регулирования по отклонению создан в 1765 году уральским механиком И.И.Ползуновым (автоматическое питание парового котла водой), затем в 1784 году англичанин Джеймс Уатт - предложил центробежный регулятор скорости.

Регулятор Ползунова (рис.6) размещался в паровом котле и состоял из трубопровода 1, по которому поступает вода, поплавка 2, свободно перемещающемуся по направляющей 3. Перемещение поплавка по средствам рычажной системы изменило открытие клапана 4.

Рисунок 6 – Схеме регулятора Ползунова

Особенностью данных систем является то, что положение регулируемого органа однозначно определяется величиной регулируемого параметра.

Данные системы широко применяются в теплообменных аппаратах.

Пример: Пастеризационно - охладительная установка ОПУ (рис.7).

Молоко поступает в секцию пастеризации 1, где за счет теплообмена горячей водой (т.в.) нагревается до температуры пастеризации. На выходе молока из секции пастеризации стоит термодатчик (Д), посылающий информацию на регулирующее устройство. При отклонении температуры от заданной, регулирующее устройство с помощью исполнительного механизма (л.двиг.) и регулирующего органа (вентиль) изменяет подачу пара в водогрейный бачок 2. Тем самым изменяется температура теплоагента.

Рисунок 7 – Схема регулирования по отклонению

Данные системы регулирования являются замкнутыми системами с отрицательной обратной связью.