Определения Контролируемые и управляемые переменные
Рассмотрим пример упрощенного печного агрегата, в котором нефть нагревается с использованием энергии сгорания топлива. Нефть поступает в печь и протекает по нагревательным трубам. Теплота, создаваемая при сгорании топлива, нагревает нефть в нагревательных трубах. Регулирование температуры на выходе происходит путем регулирования расхода топлива.
Попробуем отрегулировать температуру на выходе на уровне определенной уставки, воспользовавшись автоматическим контроллером, TC.
Сначала температура на выходе измеряется датчиком, а затем ее значение передается преобразователем на контроллер. Значение уставки, SP, должно быть задано оператором. Контроллер температуры рассчитывает выходное значение, MV, на основе значения отклонения, SP - PV, и алгоритма управления. Это выходное значение, MV, отправляется на клапан регулирования подачи топлива, чтобы отрегулировать расход топлива.
Если температура на выходе превышает уставку, контроллер температуры отправит сигнал уменьшить расход топлива.
И наоборот, если температура на выходе ниже уставки, то контроллер температуры отправит сигнал увеличить расход топлива.
В данном случае, контроллер температуры регулирует положение клапана и, соответственно, расход топлива, чтобы контролировать температуру на выходе. В нашем примере температура на выходе называется "контролируемой переменной", а расход топлива – "управляемой переменной".
Таким образом, автоматический контроллер регулирует управляемую переменную, чтобы поддерживать контролируемую переменную на данном уровне уставки.
Возмущение нагружения или переменная нагружения
На контролируемую переменную могут оказывать влияние и другие возмущения, кроме управляемой переменной. В случае печи управляемой переменной является расход топлива.
Температура на выходе, являющаяся контролируемой переменной, также может испытывать влияние из-за изменения других переменных, например, расхода нефти или температуры на входе.
Данный тип возмущения, в виде каких-либо переменных, кроме переменных технологических параметров, называется "Возмущением нагружения".
Блок-схемы
Для изображения схемы управления на языке графических символов в теории управления широко используются блок-схемы. Это обеспечивает последовательное графическое отображение, которое легко понять.
Графический символ может иметь несколько входных и выходных сигналов и при этом отображает математическое отношение между ними.
Существуют два базовых символа, круг и прямоугольник.
Символ "круг" обычно используют для обозначения операции сложения или вычитания.
Символ "прямоугольник" используется для обозначения операций, в которых участвуют умножение, деление или другая аналогичная математическая функция.
Примеры
Расчет отклонения контроллера включает вычитание значения PV из SP, поэтому его можно выразить с помощью символа "круг".
Алгоритм управления в контроллере имеет математическое выражение, а значит, его можно выразить, используя символ "прямоугольник".
В современных системах управления автоматический контроллер выполняет расчеты и отклонения и выхода. Таким образом, отклонение и алгоритм управления можно комбинировать в одном общем блоке.
Однако, блоки отклонения и алгоритма управления традиционно изображаются отдельно, и мы тоже будем следовать данной традиции на протяжении всего этого курса. Следует отметить, что блок алгоритма управления также называют блоком контроллера.
В примере с печью происходит регулирование расхода топлива, за счет чего контролируется температура на выходе. Отношение между положением клапана регулирования расхода топлива и температурой на выходе можно выразить с помощью прямоугольника.
Теперь мы можем выразить блок-схему контроллера температуры печи, комбинируя блок-схемы процесса в печи и контроллера температуры.
