Регулировка и установка настроек систем автоматики

Процедуры калибровки выполняются для каждого из элементов системы автоматического регулирования по отдельности в целях обеспечения точного функционирования этих элементов. Для обеспечения точной работы всей системы в целом, требуется ее настройка. В большинстве случаев регулировочные операции, выполняемые в процессе наладки, производятся на регуляторе.

Термин "настройка" в данном случае предполагает проведение ряда регулировочных операций с целью обеспечить, чтобы система автоматического регулирования поддерживала значение регулируемого параметра технологического процесса в заданных пределах. Данные пределы обычно зависят от требований самого технологического процесса, управляемого данной системой, а также от требований, установленных на данном предприятии. Например, в некоторых случаях допускается довольно значительное отклонение регулируемого параметра от заданного значения. В других случаях необходимо, чтобы значение параметра точно или очень близко соответствовало заданному значению.

В идеальном случае настройка системы автоматического регулирования производится в процессе ее эксплуатации. Однако, это не всегда возможно, поскольку действия, выполняемые при настройке обычно являются возмущающими факторами для технологического процесса. В результате может сработать система аварийной сигнализации или произойти аварийный останов технологического процесса. В технологическом регламенте предприятия обычно указываются конкретные предельные значения для каждой системы автоматического регулирования, а также наличие ограничений, препятствующих проведению настройки системы в процессе ее работы.

Все процедуры настройки имеют одну общую цель: добиться "качественного управления".Понятие "качественное управление" неодинаково для разных систем. Факторами, влияющими на качество управления, достижимое для конкретной системы, являются:

1) продолжительность эксплуатации данной системы;

2) требуемая точность системы;

3) вид технологического процесса, для управления которым предназначена система;

4) требования конкретного предприятия.

В целом, качественное управление считается достигнутым, если удалось получить наивысшие достижимые для данной системы показатели работы после того, как были приняты в расчет все факторы, влияющие на ее функционирование.

Большинство операций по настройке выполняется в регуляторе системы автоматического регулирования. Регулировочные операции, которые необходимо выполнить в ходе конкретной процедуры настройки, определяются типом регулятора. В регуляторе обычно имеется один или несколько из перечисленных элементов настройки:

1) диапазон пропорциональности или коэффициент усиления;

2) время изодрома или число повторов сигналов П-регулятора в минуту;

3) время предварения (дифференциирования).

Регулятор (Рис.21.1) имеет настройки коэффициента усиления, числа повторов в минуту и времени предварения. Последний настроечный элемент не рассмотрен в данном примере, так как не используется при настройке этой системы. Назначение времени предварения заключается в том чтобы создать опережающее изменение корректирующего выходного сигнала при изменении сигнала на входе регулятора. В данном регуляторе время предварения выражается в секундах.

Рисунок 21.1 Элементы настройки регулятора

Настройка коэффициента усиления регулятора определяет величину выходного сигнала, формируемого "в ответ" на определенный входной сигнал. Например, если ручка настройки коэффициента усиления регулятора установлена на 1.0, то изменение выходного сигнала будет таким же, как изменение входного сигнала. Если же ручка настройки коэффициента усиления регулятора установлена в положение 2.0, изменение выходного сигнала будет в два раза больше, чем изменение входного сигнала. В целом, настройка коэффициента усиления позволяет регулировать два аспекта системы:

1) величину, на которую параметр может отклоняться от заданного значения;

2) время, необходимое для возвращения регулируемого параметра обратно к установившемуся режиму.

На кривой переходного процесса, приведенной на рис.21.2, установившийся режим представлен прямой линией, которая свидетельствует о том, что величина регулируемого параметра не изменяется. Системы только с пропорциональным регулятором не способны вернуть регулируемый параметр к заданному значению.

Рисунок 21.2 Кривая переходного процесса регулирования, показывающая установившийся режим работы

Для возвращения регулируемого параметра к заданному значению и устранения смещения или ошибки регулирования необходимо изодромное регулирование, при котором выходные сигналы пропорционального регулятора будут повторяться до тех пор, пока регулируемый параметр не вернётся к заданному значению.

Частота, с которой происходит повторение выходного сигнала пропорционального регулятора, зависит от настройки числа повторов в минуту. Ручка настройки числа повторов, показанная на рис. 21.3, имеет обозначение "повторы/мин". Цифры нанесенные вокруг ручки обозначают количество повторов выходного сигнала пропорционального регулятора в течение одной минуты. Например, если ручка установлена в положение 4.0, то пропорциональный выходной сигнал будет повторяться четыре раза в минуту до тех пор, пока регулируемый параметр не будет соответствовать заданному значению или до тех пор, пока выходной сигнал регулятора не достигнет своей максимальной величины.

Рисунок 21.3 Ручка настройки изодрома (числа повторов)

Во многих случаях в руководствах фирм-изготовителей по техническому обслуживанию регуляторов представлен порядок настройки конкретных регуляторов и, кроме того, приводятся примеры различных типов кривых переходного процесса регулирования, которые могут быть отображены на диаграммной ленте самописца. Это могут быть идеальные кривые переходного процесса, а также ряд других кривых, которые могут быть использованы для анализа системы. Идеальная кривая переходного процесса регулирования " системы, рассматриваемой в качестве примера, показана на рис.21.4. Она представляет собой отклик идеальной системы, при отклонении регулируемого параметра от заданного значения. Во многих случаях невозможно в точности воспроизвести идеальную кривую переходного процесса, тем не менее, ее очень полезно использовать для сравнения. Система должна быть настроена таким образом, чтобы кривая на диаграммной ленте самописца по возможности максимально приближалась к идеальной кривой.

Рисунок 21.4 Идеальная кривая переходного процесса регулирования

Тонкой линией на графике обозначено заданное значение, то есть значение, установленное в системе для поддержания регулируемого параметра на уровне, необходимом для нормальной работы. Кривая значений регулируемого параметра обозначена жирной линией. Расстояние между заданным значением и значением регулируемого параметра в точке А представляет собой максимальное отклонение, допустимое в системе при идеальных условиях. Расстояние между точками В и С отображает промежуток времени с момента отклонения регулируемого параметра от заданного значения до момента возврата регулируемого параметра к заданному значению.

На рис. 21.5 приведена кривая переходного процесса системы автоматического регулирования с завышенным коэффициентом усиления регулятора при воздействии единичного возмущения. Как видно на кривой, регулируемый параметр начинает отклоняться от заданного значения в точке А и затем его значение начинает меняться циклично с большой амплитудой. Циклические изменения продолжаются между точками В и С, хотя и с меньшей амплитудой. Колебания продолжаются даже после точки С. Видно также смещение кривой от заданного значения, то есть регулируемый параметр так и не вернулся к заданному значению. Слишком чувствительные из-за завышения коэффициента усиления регулятора системы обычно описываются кривыми переходного процесса, для которых характерны циклические колебания и смещение от заданного значения.

Рисунок 21.5 Кривая переходного процесса регулирования с завышенным коэффициентом усиления

На рис. 21.6 приведена кривая переходного процесса регулирования с завышенным воздействием изодрома. Чрезмерно чувствительные из-за сильного воздействия изодрома системы обычно имеют кривые регулирования, в которых значение регулируемого параметра циклически колеблется около заданного значения.

Рисунок 21.6 Кривая разгона системы автоматического регулирования с завышенным числом повторов выходного сигнала П-регулятора