Рисунок 15 - Переходная функция системы с перерегулированием.
Рассмотрим основные показатели качества регулирования относительно нашей системы автоматического регулирования давления газов (по рисунку 15).
Время регулирования tp характеризует быстродействие системы и соответствует периоду, по истечении которого управляемая величина входит в зону нечувствительности регулятора.
По графику, представленному на рисунке 14, определяем, что время регулирования составляет 40 с (Settingtime).
Перерегулированием σ называется максимальное отклонение управляемой величины от заданного значения, выраженное в процентах (оно должно составлять 20 – 30%)
(13)Перерегулирование появляется потому, что система к новому установившемуся состоянию подходит с определенной скоростью, определяемой тангенсом угла наклона касательной в точке максимальной скорости изменения выходной величины. Чем больше скорость, тем больше будет перерегулирование, и для его снижения необходимо снижать скорость нарастания управляемой величины. Но снижение скорости приведет к увеличению времени регулирования, что нежелательно.
Перерегулирование в нашем случае из рисунка 15 равно 45,7% (Overshoot).
(14)Вообще величина перерегулирования лежит в пределах 20% от требуемого значения регулируемой величины. В противном случае перерегулирование может привести к нарушению хода технологического процесса (в нашем случае избыточное давление может привести к взрыву печи). Система регулирования давления построена таким образом, что, как только давление газов в печи становится больше 50, открывается шибер, приводимый в действие регулятором, газы выходят через газоотсос, и давление в печи понижается. Это способствует нормальному ведению технологического процесса. Однако величина давления в печи стабилизируется не сразу, а по истечению определённого времени регулирования, то есть 40 с. В это время давление может превысить 50Па на 46% (перерегулирование), то есть на 23 Па. На работу печи это существенного влияния не окажет, так как точность поддержания нашей регулируемой величины составляет 5–50Па (таблица 6). Качество регулирования считается удовлетворительным, если перерегулирование не превышает 30 – 40%, а хорошим, если не превышает 20%.
В качестве оптимального переходного процесса регулирования на основе произведённого расчёта величины перерегулирования рекомендую переходной процесс с минимальной квадратичной площадью регулирования, характеризующийся наибольшим перерегулированием (приблизительно 40 – 45
%) и временем регулирования, наибольшим регулирующим воздействием.
Колебательность процесса характеризуется числом колебаний управляемой величины за время регулирования. Количественно колебательность оценивается по логарифмическому декременту затухания, который представляет собой натуральный логарифм отношения двух последующих амплитуд отклонений управляемой величины одного направления
(15)Чем больше логарифмический декремент затухания, тем быстрее происходит затухание переходного процесса. У нас переходной процесс затухает примерно через 39 – 40с. Это не очень быстро, поэтому величина колебательности ближе к нулю, чем к единице.
Степень колебательности используется для оценки качества системы. Практически колебательность удобно характеризовать числом периодов переходного процесса за время регулирования. Процессы, у которых колебательность составляет 1 – 2 периода, называются слабоколебательными. Обычно в системе допустимо иметь 2 – 3 периода колебаний в переходном процессе. При числе периодов больше трёх система требует коррекции. В нашем случае 2 периода колебания, следовательно, система не требует коррекции.
Установившаяся ошибка показывает точность управления в установившемся режиме. Она равна разности между заданным значением управляемой величины и ее установившимся значением при номинальной нагрузке.
Обычно принимают, что по истечении времени регулирования отклонение регулируемой величины от установившегося значения должно быть не более ε=5%.
Степень затухания,измеряемая в процентах, служит количественной оценкой интенсивности затухания переходного процесса и определяется как отношение разности первой и третьей амплитуды к первой амплитуде переходного процесса
(16)Интенсивность затухания колебаний в системе считается удовлетворительной, если степень затухания составляет 75% и выше. В некоторых случаях допускается около 60%.
С изменением параметров настройки регулятора степень затухания переходного процесса может меняться от 0 до 1. Она равна 0, когда система находится на границе устойчивости, и равна 1 для апериодических переходных процессов.
11 Выбор аппаратов и составление спецификации
Выбор аппаратуры с точки зрения рода энергии определяется спецификой технологического процесса, условиями пожаро – и взрывоопасности установки, агрессивности окружающей среды, требованиями к быстродействию, дальностью передачи информации.
Электрические приборы получили наиболее широкое распространение.
Для пожаро – и взрывоопасных условий применяют пневматические и гидравлические средства. Основные преимущества таких систем: большой коэффициент усиления по мощности; высокое быстродействие; малые габариты и металлоемкость на 1 кВт выходной мощности. Недостаток их применения – необходимость использования специализированных источников питания (гидравлических насосов, компрессоров). Кроме того, гидросистемы требуют более тщательной герметизации линий связи и нуждаются в специальных емкостях для хранения рабочей среды (воды либо специального негорючего масла).
Чем выше класс точности аппаратуры, тем более сложной и дорогой является конструкция. Поэтому целесообразно выбирать аппаратуру с тем классом точности, который определяется действительными требованиями установки.
Следует стремиться к применению однотипных средств автоматизации, что дает преимущества как с точки зрения обслуживания и обеспечения запасными частями.
Заказные спецификации приборов и средств автоматизации содержат перечни измерительных преобразователей, приборов, регуляторов и пр. В спецификации указывают наименование устройства, его тип и количество аппаратов, приводят техническую характеристику. В графе “позиция” указывается номер позиции прибора на схеме автоматизации.
Для нашей АСР давления газов в рабочем пространстве печи выберем аппаратуру с учётом соблюдения условий технологического процесса и составим спецификацию (приведена в графической части).
При выборе аппаратуры контроля и сигнализации необходимо учитывать параметры контролируемой и окружающей среды – температуру, давление, состав, влажность, запылённость, электрические свойства, а также условия измерения – размеры и характер контролируемого объекта, расстояние между точкой измерения и вторичным прибором, механические воздействия (удары, вибрацию), наличие источников питания. Должны быть выдержаны требования противопожарной техники и охраны труда и требования, предъявляемые технологическим процессом к погрешности, чувствительности и инерционности аппаратуры. Если имеется возможность, то следует применять унифицированную аппаратуру: приборы и регуляторы одной информационной системы, одного завода – изготовителя и т. д. Это облегчит обслуживание системы управления и позволит сократить число резервных приборов, регуляторов и сигнализаторов.
При выборе аппаратуры для горячих и в то же время открытых цехов металлургического производства предпочтение следует отдавать приборам с температурной компенсацией