Зміст роботи та приклад виконання завдання

Змістом роботи на практичних заняттях і (або) виконання розрахунково-графічної роботи є побудова структурної схеми на основі функціональної схеми багатоконтурної системи автоматичного регулювання та знаходження її функції передачі за заданим збуренням. Розглянемо приклад виконання завдання.

Завдання. Скласти структурну схему каскадної системи автоматичного регулювання співвідношення витрат «паливо – повітря» з корекцією по концентрації кисню у димових газах згідно з функціональною схемою, зображеною на рис. 2.1. Знайти функцію передачі цієї системи для збурення витратою палива.

Рис. 2.1. Функціональна схема каскадної САР співвідношення витрат «паливо–повітря» з корекцією по концентрації кисню в димових газах:

1,3 – первинний вимірювальний перетворювач витрати газу і повітря; 2,4 – дистанційний перетворювач; 5 – регулятор співвідношення витрат; 6 – виконавчий механізм; 7 – первинний вимірювальний перетворювач концен-трації кисню в димових газах; 8 – регулятор концентрації; 9 – задавач

Таку САР застосовують для забезпечення ефективного спалювання природного газу в печі.

Структурну схему заданої САР складемо з врахуванням всіх можливих збурень на об’єкт регулювання. Об’єктом регулювання в даній САР є паливо-повітряний тракт печі. Технологічним збуренням або збуренням по навантаженню є зміна витрати газу . Пропорційно до цієї витрати і повинна змінюватися витрата повітря за допомогою САР.

Порушення заданого співвідношення витрат палива і повітря може спричинитись зміною тиску Р повітря перед регулюючим органом РО, що найперше змінить витрату повітря через РО, через звужуючий пристрій 3 в каналі вимірювання витрати повітря і відповідно вплине на концентрацію С кисню в димових газах. Іншим технологічним збуренням, що впливає на процес спалювання, а отже і на концентрацію кисню , є зміна калорійності палива, яка в свою чергу залежить від складу газу. Це збурення не порушує співвідношення витрат, але воно змінює якість продуктів згоряння і спричиняє хімічний недопал або надлишок кисню у димових газах, що не брав участь у процесі згоряння палива. При дії цих збурень коректуючий регулятор концентрації 8 змінює задане співвідношення витрат «палива – повітря» регуляторові 5 співвідношення витрат і доводить концентрацію кисню в димових газах до заданого значення, яке формується задавачем 9.

З урахуванням названих збурень структурна схема САР представлена на рис. 2.2.

Рис.2.2. Структурна схема САР

Функції передачі об’єкта регулювання відповідно до збурень позначено через , решту функцій передачі позначено згідно з порядковим номером елементів САР на функціональній схемі.

Отриману структурну схему перебудуємо для заданого збурення витратою палива . При цьому збурення по зміні тиску Р повітря перед регулюючим органом, а також по зміні теплотворної здатності палива не розглядають і функції передачі відповідно та не враховують. Не враховують також і дію завданням регулятора W₉(p).

Рис. 2.3

Подальші перетворення здійснюють відповідно до вищенаведених правил. Спочатку записують функції передачі послідовного з’єднання ланок у вигляді добутку функцій передачі всіх ланок, що складають з’єднання:

,

,

,

.

Далі, користуючись правилом перестановки суматорів з горизонталі на вертикаль, а також враховуючи зроблені заміни для послідовних з’єднань ланок, представимо структурну схему у вигляді:

Рис. 2.4

Далі записують функцію передачі зустрічно-паралельного з’єднання ланок та :

,

тоді структурна схема набуде вигляду:

Рис. 2.5

Визначимо функцію передачі утвореного послідовного з’єднання ланок та W₀₃(p):

.

Після виконаної заміни структурна схема матиме вигляд:

Рис. 2.6

Для подальшого спрощення достатньо згідно правил перестановки суматорів перенести суматор з входу ланки на її вихід, тоді структурна схема матиме вигляд, показаний на рис. 2.7.

Рис. 2.7

Далі знаходять функцію передачі послідовних з’єднань ланок і та і :

,

.

При цьому отримують таку схему (рис.2.8):

Рис. 2.8.

Переставимо суматори з вертикального розміщення на горизонтальне, тоді одержимо схему (рис. 2.9), яка складається з паралельного з’єднання

Рис. 2.9.

ланок і та зустрічно паралельного з’єднання ланок з функцією передачі рівною 1 у прямому зв’язку та – у зворотному:

,

.

В результаті утворюється послідовне з’єднання ланок і (рис. 2.10)

Рис. 2.10

і наприкінці отримують модель системи у вигляді функції передачі (рис. 2.11)

Рис. 2.11

.

Функція передачі і є функцією передачі каскадної САР співвідношення витрат «паливо – повітря» з корекцією по концентрації кисню в димових газах для збурення витратою газу, яку отримують у цілісному виразі зворотною підстановкою виразів, що входять до неї:

.

Структурні перетворення за наведеними правилами можна алгоритмізувати і виконувати за допомогою комп’ютера.

Перелік завдань для виконання на практичних заняттях або до РГР наведений в додатку Б.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке структурна схема САР?

2. Що таке послідовне з’єднання ланок?

3. Як знаходять функцію передачі послідовного з’єднання ланок?

4. Що таке паралельне з’єднання ланок?

5. Як знаходять функцію передачі паралельного з’єднання ланок?

6. Що таке зустрічно-паралельне з’єднання ланок?

7. Як знаходять функцію передачі зустрічно-паралельного з’єднання ланок?

8. Як знаходять функцію передачі при перенесенні лінії зв’язку з входу ланки на її вихід і навпаки?

9. Як знаходять функцію передачі при перестановці суматора з входу ланки на її вихід і навпаки?

10. Що таке одноконтурна САР?

11. Що таке багатоконтурна САР?

12. Що таке функціональна схема САР?

13. Як позначають прилади на функціональних схемах автоматизації?

14. Як позначають виконавчі механізми на функціональних схемах автоматизації?

15. Як позначають регулюючі органи на функціональних схемах автоматизації?

16. Як позначають регулюючі органи на структурних схемах САР?

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування: Підручник. – Київ: Либідь, 2007. – 656с.

2. Бесекерский В.А., Попов У.П. Теория систем автоматического управления. –СПб: Изд-во "Профессия", 2004. – 752 с.

3. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования. – М:Машиностроение, 1988. – 752 с.

4. ДСТУ Б А.2.4-16:2008. Автоматизація технологічних процесів. Зображення умовні приладів і засобів автоматизації в схемах. – К.: Мін-во регіонального розвитку та будівництва України, 2009. – 16 с.

Додаток А

Основні положення

ДСТУ Б А.2.4-16:2008 «Автоматизація технологічних процесів. Зображення умовні приладів і засобів автоматизації в схемах»