Системный анализ химико-технологических процессов как объектов управления и методы настройки регуляторов : учебное пособие / Ю.Л. Павлов, Н.Н. Зиятдинов, Д.А. Рыжов; М-во образ. и науки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. <...> Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 220100 «Системный анализ и управление», магистрантов и бакалавров направления 220200 «Автоматизация и управление», а также для слушателей курсов повышения квалификации, преподавателей и специалистов, желающих освоить методы настройки регуляторов. <...> 4 Управление химико-технологическими процессами неразрывно связано с центральной проблемой системного анализа – проблемой принятия решения. <...> Так, химико-технологические процессы протекают в аппаратах, режимы в которых поддерживают от одного до нескольких (иногда до десятков) регуляторов. <...> Синтез и настройка сложных контуров регулирования производятся высококвалифицированными специалистами. <...> В настоящем пособии будут рассматриваться только простые контуры. <...> Простой контур регулирования включает два основных элемента: регулируемый объект и регулятор. <...> 1 обозначены следующие сигналы: − PV – сигнал от датчика, соответствующий текущему значению регулируемого параметра; 5 − MV – сигнал от регулятора на клапан, определяющий входной поток на объект. <...> Если регулятор отключен, т.е. находится в режиме «Ручного управления», то этот сигнал формируется оператором; − SV – сигнал задания регулятору. <...> 1 следует, что входом объекта является материальный или энергетический (например, тепловой) поток, величина которого определяется исполнительным механизмом (в данном случае клапаном), а выходом объекта является состояние регулируемого параметра. <...> В зависимости от объекта регулируемым параметром может быть: температура, давление, уровень, расход, состав или др., а в качестве исполнительного механизма могут являться: клапаны с пневмо или электроприводом, воздушные холодильники с поворотом лопастей <...>
Системный_анализ_химико-технологических_процессов_как_объектов_управления_и_методы_настройки_регуляторов.pdf
УДК 66-65-001-56
Павлов Ю.Л.
Системный анализ химико-технологических процессов как объектов
управления и методы настройки регуляторов : учебное пособие / Ю.Л. Павлов,
Н.Н. Зиятдинов, Д.А. Рыжов; М-во образ. и науки России, Казан. нац.
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2013. – 88 с.
ISBN 978-5-7882-1381-1
С позиции системного анализа рассмотрены основные химикотехнологические
процессы как объекты управления. Изложены сведения о
свойствах и математических моделях типовых химико-технологических объектов
регулирования. Рассмотрены способы аппроксимации экспериментальных
данных (полученных на реальном объекте) известной динамической математической
моделью. Приводятся наиболее важные критерии оптимальности
процесса регулирования, а также таблицы для выбора настроек регулятора
по заданному критерию оптимальности.
Освоение материала сопровождается выполнением упражнений на прилагаемом
к пособию программном обеспечении для компьютерных тренажеров,
которые моделируют объекты химической технологии и регуляторы. Для
предоставления информации обучающимся используется операторский интерфейс,
аналогичный РСУ Centum CS3000 (YOKOGAWA).
Предназначено для подготовки бакалавров по направлению 220100 «Системный
анализ и управление», магистрантов и бакалавров направления
220200 «Автоматизация и управление», а также для слушателей курсов повышения
квалификации, преподавателей и специалистов, желающих освоить
методы настройки регуляторов.
Подготовлено на кафедре системотехники.
Печатается по решению редакционно-издательского совета Казанского
национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
зав. каф. автоматизации технологических процессов
и производств КГЭУ, проф. К.Х. Гильфанов
канд. техн. наук, руководитель проектов АСУТП
ООО «Иокогава Электрик СНГ» М.В. Аввакумов
ISBN 978-5-7882-1381-1
© Павлов Ю.Л, Зиятдинов Н.Н,
Рыжов Д.А., 2013
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2013
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................................................................. 4
1. Интерфейс оператора-технолога в АСУ ТП .................................................... 7
Задание 1 ................................................................................................... .10
2. Классификация объектов ................................................................................. 12
2.1. Простые объекты ..................................................................................... 13
2.1.1. Одноемкостные статические объекты ........................................... 13
Задание 2 .................................................................................................... 16
2.1.2. Астатические объекты .................................................................... 17
Задание 3 .................................................................................................... 19
2.1.3. Объекты с запаздыванием .............................................................. 19
Задание 4 .................................................................................................... 20
3. Структура и свойства ПИД-регуляторов ....................................................... 27
4. Экспериментальное получение кривой переходного процесса ................... 32
Задание 6 .................................................................................................... 33
5. Обработка результатов эксперимента ............................................................ 34
5.1. Объекты с самовыравниванием ........................................................ 34
6. Определение настроек регуляторов ................................................................ 36
Задание 7 .................................................................................................... 39
Задание 8 .................................................................................................... 41
7. Дополнительные возможности регуляторов ................................................. 42
7.1. Свойство нелинейности коэффициента усиления регулятора ............. 42
7.2. Зона нечувствительности ........................................................................ 45
Задание 9 .................................................................................................... 46
8. Самонастройка ПИД-регуляторов .................................................................. 51
Задание 11 .................................................................................................. 54
9. Специальные регуляторы ................................................................................ 55
9.1. Адаптивный регулятор расхода (АРР) ................................................... 55
Задание 12 .................................................................................................. 60
9.2. Регулятор уровня специализированный (РУС) ..................................... 61
Задание 13 .................................................................................................. 67
10. Тренажёры для ознакомления с особенностями управления реакторами 71
10.1. Реактор непрерывного действия .......................................................... 71
Задание 15 .................................................................................................. 77
10.2. Реактор периодического действия ....................................................... 78
Задание 16 .................................................................................................. 82
11. Практические советы ..................................................................................... 83
11.1 Настройка «быстрых» контуров ............................................................ 84
11.2 Настройка «медленных» контуров ....................................................... 85
11.3. Настройка каскадных контуров ............................................................ 86
Библиографический список ................................................................................. 87
3
9.3. ПИД-регулятор с дискретным исполнительным механизмом ............ 69
Задание 14 .................................................................................................. 70
7.3. Компенсация входа/выхода .................................................................... 47
Задание 10 .................................................................................................. 50
2.2. Сложные объекты .................................................................................... 21
Задание 5 .................................................................................................... 26
Стр.3