1.4 Приклади систем автоматичного регулювання в хімічній технології

Приклад 1 Регулювання температури продукту в кожухотрубчатому теплообміннику.

Показником ефективності регулювання є підтримка температури продукту на виході з теплообмінника на заданому рівні. У даному прикладі температура продукту є вихідною регульованою координатою. Стабілізацію температури легко здійснити, використовуючи як вхідну регулюючу дію витрату гарячого теплоносія (рис. 1.9). Аналіз об'єкту показує, що усунути велику частину збурюючих дій неможливо.

Рис. 1.9 Система регулювання температури продукту в теплообміннику: а – технологічна схема; б – структурна схема

У зв'язку з цим пропонується система регулювання за відхиленням температури продукту шляхом зміни витрати гарячого теплоносія.

Приклад 2 Регулювання тиску у верхній частині колони ректифікації.

У вакуумних колонах ректифікацій тиск (розрядка) зазвичай регулюється зміною подачі повітря або інертного газу в лінію між дефлегматором і паровим (водяним) ежектором (рис. 1.10).Тут регульованою величиною є розрядка, а регулюючою – витрата повітря.

У розглянутих випадках структурні схеми систем автоматичного регулювання носять спрощений характер. У будь-якій реальною AСP можна виділити наступні складові елементи: об'єкт регулювання, чутливий елемент (наприклад, термопара), підсилювально-перетворюючий пристрій, регулятор, виконавчий механізм (наприклад, мембранний виконавчий механізм), регулюючий орган (наприклад, заслінка). Повна структурна схема зображена на рис.1.11.

Рис. 1.10 Система регулювання тиску у верхній частині колони: а – технологічна схема; б – структурна схема

Рис. 1.11 Структурна схема АСР

Надалі використовуються тільки спрощені схеми, умовно відносячи датчик (чутливий елемент), перетворювач, виконавчий механізм, регулюючий орган з об'єктом. Подібне спрощення пояснюється тим, що характеристики датчика і регулюючого органу з виконавчим механізмом, встановлюваних безпосередньо на об'єкті, не змінюються в процесі експлуатації системи і враховуються при проектуванні AСP разом з характеристиками об'єкту.

1.5 Класифікація систем автоматичного керування

Всі системи автоматичного управління і регулювання діляться по різних ознаках на наступні основні класи.

1. По основних видах рівнянь динаміки процесів управління:

1. лінійні системи;

2. нелінійні системи.

2. Залежно від коефіцієнтів рівнянь і виду рівнянь як лінійні, так і нелінійні системи підрозділяються на:

1. системи, що описуються звичайними диференціальними рівняннями з постійними коефіцієнтами;

2. системи, що описуються звичайними диференціальними рівняннями із змінними коефіцієнтами;

3. системи, що описуються рівняннями в часних похідних;

4. системи із запізнюванням, що описуються рівняннями з аргументом з запізненням.

3. По характеру представлення сигналів розрізняють:

1. безперервні системи;

2. дискретні системи, серед яких виділяють імпульсні, релейні, цифрові.

4. По характеру процесів управління:

1. детерміновані системи – системи з певними змінними і процесами;

2. стохастичні системи – системи з випадковими змінними і процесами.

5. По характеру функціонування.

Залежно від того, по якому закону змінюється задане значення регульованої величини, системи автоматичного управління підрозділяються на:

1. системи стабілізації, що підтримують постійність регульованої величини, тобто ;

2. системи програмного регулювання, в яких задане значення регульованої величини змінюється за визначеною заздалегідь часовою програмою;

3. слідкуючі системи, в яких задане значення регульованої величини змінюється відповідно до стану деякого заданого вектора змінних в часі;

4. системи оптимального управління, в яких показник ефективності залежить не тільки від поточних значень координат, як в екстремальному регулюванні, але також від характеру їх зміни у минулому, теперішньому і майбутньому, і виражається деяким функціоналом. Знаходження оптимального управління припускає рішення достатньо складного математичного завдання відповідними методами, крім того органічною складовою частиною системи є комп'ютер;

5. адаптивні системи, в яких автоматично змінюються значення власні параметри або структура при непередбачених змінах зовнішніх умов на підставі аналізу стану або поведінки системи так, щоб зберігалася задана якість її роботи. Системи із зміною заданого значення регульованої величини називають екстремальними, із зміною параметрів – самоналагоджувальними, із зміною структури – самоорганізуючимися.