Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

бетона, твердеющего при переменной температуре, положено понятие

температурно–временного эквивалента прочности ε (θ, t), т.е. функционала

температуры θ(t) и продолжительности твердения t, связанного с

прочностью бетона однозначной зависимостью R (ε).

Значение температурно-временного эквивалента имеет вид

ε =

[θ (t)] dt, (3.67)

где Ф [θ (t)] –экспериментально установленная функция температур вида

Ф [θ (t)] = (θ

+ θ)

, (3.68)

– температура бетона, при которой он не твердеет; п = 1,2 ÷ 2 – опытная

постоянная, которая зависит от минералогического состава цемента.

Зависимость прочности бетона от температурно-временного эквива-

лента выражена гиперболой вида

= , (3.69)

где

R –потенциальный предел прочности;

–постоянная, характеризую-

щая состав и структуру бетона.

На основании формул (3.67) – (3.69) составлен алгоритм функциони

рования счетно-решающего

устройства, структурная схема

которого показана на рис. 3.98 и

отражает последовательность ма-

тематических операций для по-

лучения значений прочности бе-

тона. Контроль твердения осу-

ществляется автоматическим

регулятором тепловой обработки

бетона (АРТОБ-1), объединяю-

щим счетно-решающее и программно-регулирующее устройства.

Структурная схема прибора АРТОБ-1 приведена на рис. 3.99.

Изделие 1 с установленным в бетон датчиком температуры 2 поме-

щается в пропарочную камеру 3. Заданный режим изменения температуры

бетона выполняется программным устройством 12, которое управляет

исполнительным механизмом 10, регулирующим подачу теплоносителя

через командное устройство 11. Датчик температуры включен в одно из

плеч равновесного моста 4.

Электронный усилитель 5 усиливает сигнал разбаланса моста и

управляет реверсивным двигателем 6, перемещающим записывающее

Рис. 3.98. Алгоритмическая структура

счетно-решающего устройства

устройство 13, которое вычерчивает график температуры изделия на

ленте, движущейся с помощью синхронного двигателя 14. Реверсивный

двигатель управляет работой степенного устройства 7, выполняющего

функцию ε (θ). Сигнал от степенного устройства поступает на интегратор

8, который интегрирует функцию ε (θ) во времени, т. е. накапливает

значение температурно-временного эквивалента ε. Кроме того, сигнал

степенного устройства передается в индикаторно-сравнивающее

устройство 9, которое поворачивает барабан с укрепленной на нем

шкалой. Цена деления шкалы зависит от температурно-временного

эквивалента и определяется по формуле (3.67). Когда бетон изделия

достигнет прочности, заданной в индикаторно-сравнивающем устройстве,

подается сигнал на командное устройство 11, отключающее

исполнительный механизм 10.

Рис. 3.99. Структурная схема прибора АРТОБ -1

Продолжительность работы устройства не ограничена. С внедрением

автоматического устройства расход пара на кубический метр изделий по

сравнению с ручным управлением сократился на 14,5%, уменьшилась

продолжительность прогрева балок на 10–18 ч, увеличилась

производительность отдельных линий на 25%.

3.8.8. Многоканальное регулирование температуры в пропарочных

камерах, кассетах, автоклавах

Наиболее распространенные системы автоматизации технологических

процессов предусматривают использование индивидуальных устройств

для регулирования отдельных параметров. Это приводит к большим

затратам на приобретение, монтаж, эксплуатацию регуляторов и вызывает

значительные расходы на сооружение щитов и помещений для их

размещения. Кроме того, на предприятии необходимо иметь большой

резервный парк регуляторов. Одним из действенных способов снижения

затрат на аппаратуру автоматики, сокращения габаритов щитов, площадей

щитовых помещений, а также повышения надежности работы аппаратуры

является использование многоканальных регуляторов.

Многоканальными регуляторами принято называть устройства,

предназначенные для автоматического регулирования многих параметров,

измеряемых отдельными датчиками путем воздействия на отдельные

регулирующие органы. В этих регуляторах предусматривается

многократное использование наиболее сложных и дорогих функцио-

нальных узлов. К числу таких устройств могут относиться усилители,

формирователи, корректирующие устройства. Важным достоинством

многоканального регулирования является увеличение вероятности

безотказной работы регулируемых объектов.

Для связи объектов регулирования с общим автоматическим регу-

лятором может быть использован временной способ разделения каналов,

предусматривающий поочередную связь. Интервалы времени, через

которые осуществляется присоединение объекта управления к регулятору,

называется циклом обегания регулятора T

. Практическое распространение

получили многоканальные регуляторы с постоянным циклом обегания.

Для этих регуляторов при регулировании п параметров время каждой связи

индивидуальных устройств с общей частью регулятора в пределах цикла

обегания равно

св

= T

/n.

Вследствие временного разделения каналов многоканальные регуля-

торы относятся к устройствам дискретного действия, в которых регули-

руемые параметры подвергаются квантованию по времени. На рис.3.100

изображена обобщенная функциональная схема многоканального ре-

гулятора. В регуляторе установлены:

· датчики Д

, осуществляющие измерение регулируемых параметров;

· задатчики Зд

, с помощью которых производится установка заданных

регулируемых параметров;

· исполнительные механизмы ИМ

, воздействующие на регулирующие

органы РО

;

· элементы динамической настройки автоматического регулятора АР,

определяющие параметры закона регулирования по каждому каналу;

· контакты Р

, подключающие поочередно Д

, Зд

, ИМ

к общей части

регулятора АР;

· сравнивающее устройство ОС

, в котором происходит алгебраическое

суммирование сигналов датчиков и задатчиков и формирование сигналов

ошибки;

· усилитель сигнала ошибки и формирующее устройство, располо-

женные в АР, вырабатывают сигналы управления исполнительными

механизмами;

· обегающее программное устройство ОУ, которое осуществляет

управление всеми переключающими устройствами. Блок управления часто

включает в себя генератор импульсов (ГИ), с помощью которого задается

темп работы многоканального регулятора.

Рис. 3.100. Функциональная схема многоканального регулятора

В настоящее время нашей промышленностью выпускаются совре-

менные многоканальные регуляторы. В системе КТС ЛИУС выпускается

комплекс КМ-1201-1 на 16 каналов управления, в системе АСКР-ЭЦ -

регуляторы А-761-05 на 16 каналов, А-305-13 и А-306-14 на 8 каналов

управления, в системе «Центр» – регуляторы БРП-10 на 10 каналов и

БППИ-20 на 20 каналов управления.

Для контроля и регулирования большого числа различных техно-

логических параметров могут быть использованы машины многока-

нального централизованного контроля и регулирования. В этих системах

осуществляется простейшее позиционное регулирование технологических

параметров.

На предприятиях строительной индустрии пропарочные камеры,

кассеты и автоклавы обладают большой тепловой инерционностью,

поэтому нет надобности вести непрерывный контроль и управление. В

этом случае можно использовать одно автоматическое устройство для

контроля и управления тепловыми процессами многих объектов. Были

разработаны программные многоканальные электрические автоматические

регуляторы МРТЭ-10, БМРТЭ, «Памир» и пневматические установки

«Пуск-ЗС» и «Пуск-ЗП».

Пневматическая установка централизованного контроля, регули-

рования и дистанционного управления «Пуск-ЗП» (рис 3.101) предназна-

чена для программного автоматического регулирования процесса тер–

мовлажностной обработки железобетонных изделий в группе пропарочных

камер, кассет, автоклавов и пр.

Установка состоит из десяти независимых каналов контроля и

регулирования и создана на базе элементов универсальной системы

промышленной пневмоавтоматики УСЭППА. Установка «Пуск-ЗП»

включает в себя станцию централизованного контроля и управления

(СЦКУ), десять преобразователей температуры в давление (датчиков),

десять исполнительных механизмов подачи пара, десять исполнительных

механизмов эжекторов и пневмолиний. Исполнительные механизмы

представляют собой нормально закрытые клапаны с мембранными

приводами.

Станция централизованного контроля и управления состоит из

функциональных модулей:

· комбинированного модуля М198м, предназначенного для обнару-

жения отклонений параметров от заданных, отработки ПИ-закона ре-

гулирования, формирования управляющих сигналов и коммутации их к

исполнительным механизмам подачи пара. В этот блок входит регулятор

типа ПРЗ, 21;

· модуля включения эжекторов М200;

· модуля включения вентиляторов М141, предназначенного для вклю-

чения двух групп вентиляторов по сигналам, полученным из модуля М200;

· модуля ручных задатчиков, предназначенного для создания опорного

давления на элементах задатчиков.

Кроме того, установка имеет управляющее устройство УУ-1,

электронный коммутатор ЭК-1, панель сигнализации ПС. Для контроля

прочности изделий используется ультразвуковой прибор типа УКБ-1.

Рассмотрим работу установки в автоматическом режиме.

Рис. 3.101. Схема автоматического управления процессом термовлажностной обработки изделий с

использованием аппаратуры «Пуск-ЗП»

При включении установки тумблером «Автоматический режим» (АР),

находящимся на панели управления, комбинированный модуль М198м,

сравнивая сигнал датчика температуры и задатчика, реализует ПИ-закон

регулирования и подает управляющие команды на исполнительный

механизм паропроводов. Одновременно сигнализируются отклонения

допустимых значений температур. При отклонении температуры за

пределы нижнего допустимого значения автоматически останавливается

двигатель программного задатчика. Установка имеет коммутаторы и

регистрирующий прибор, записывающий температуру и задание по

каждому каналу. По окончании цикла прогрева выдается сигнал на модуль

М200, который формирует управляющий сигнал на исполнительные

механизмы эжекторов, открывая вентиляционные камеры. Аналогичные

воздействия поступают от аппаратуры УКБ-1 при достижении изделием

заданной прочности.

Одновременно высвечивается сигнал «Эжектор включен». Через

заданный промежуток времени включаются магнитный пускатель

вентилятора и сигнализация «Вентилятор включен». После окончания

процесса термовлажностной обработки и охлаждения камеры и изделия

включается сигнал «Цикл окончен», снимается сигнал «Эжектор

включен» и останавливается программный задатчик.

Перевод любого канала в режим дистанционного управления осу-

ществляется тумблером ДР. При этом остальные каналы работают в

автоматическом режиме.

3.8.9. Расчет устойчивости многоканальных систем автоматического

регулирования

Исследование многоканальных систем автоматического регулиро-

вания осуществляется путем рассмотрения процесса в одном контуре

регулирования. Приведем методику исследования такой системы на

примере регулирования температуры в пропарочной камере. Импульсная

система автоматического регулирования температуры в пропарочной

камере описывается следующей системой уравнений:

· уравнение объекта регулирования

+ φ = k (μ – λ); (3.70)

· уравнение датчика температуры

δη + φ = 0; (3.71)

· уравнение жесткой обратной связи

σ = η – μ; (3.72)

· уравнение исполнительного механизма широтно-импульсной си-

стемы регулирования [5]

μ (n +1) – μ (n) = k

σ (n), (3.73)

где δ – коэффициент неравномерности регулирования; η – относительное

перемещение чувствительного органа; σ – относительное значение

входного сигнала исполнительного механизма; п – порядковый номер

периода; k – коэффициент усиления.

В этой системе уравнение (3.70) является дифференциальным,

уравнения (3.71) и (3.72) – алгебраическими, а уравнение (3.73) –

разностным. Для исследования процесса необходимо совместное их

решение, а это вызывает необходимость превратить все уравнения в

разностные. Для преобразования дифференциального уравнения в

разностное необходимо проинтегрировать его в пределах периода и

подставить переменные: в начале периода ( t = 0) – значение φ (п), в конце

периода (t = ∞) – значение φ (п + 1).

В уравнении объекта регулирования для простоты преобразования

положим λ = const. Кроме того, будем считать, что μ , меняется скачком в

начале периода. Длительность включения сервомотора по сравнению с

периодом регулирования мала. На основании этого можно считать, что

μ = μ (п) = const. Тогда уравнение объекта регулирования можно

рассматривать как дифференциальное уравнение с постоянной правой

частью. Проинтегрируем это уравнение в пределах промежутка времени n-

го периода. Полное решение этого уравнения будет

φ = φ

+ φ

, (3.74)

где φ

и φ

– общее и частное решения.

Найдем общее решение

+ φ

= 0.

Напишем характеристическое уравнение

z + 1 = 0,

тогда корень уравнения

z = – 1/ T

общее решение уравнения

= ce

−t/T

где с – постоянная интегрирования.

Найдем частное решение линейного уравнения (3.70): так как правая

часть уравнения постоянна, то решение его

= В.

Подставив это решение в уравнение (3.74), получим тождество

B= kμ (n) – kλ, так как Т

= 0.

Полное решение уравнения объекта регулирования

φ = φ

+ φ

= ce

−t/T

+ kμ (n) – kλ. (3.75)

Постоянную интегрирования с находим по начальным условиям:

в начальный момент n-го периода (t = 0) φ= φ(п), тогда по уравнению (3.75)

φ = φ (п) = kμ (n) – kλ+с, (3.76)

откуда

c = φ (п) – kμ (n) + kλ. (3.77)

Подставив в уравнение (3.75) вместо с его выражение (3.77), получим

φ (п) = kμ (n) – kλ + [φ (п) – kμ (n) + kλ] e

−t/T

. (3.78)

Чтобы найти φ (п + 1), необходимо в уравнение (3.78) подставить t = T,

тогда получим

φ (п+1) = kμ (n) – kλ + φ (п) e

−T /T

– k [μ (n) – λ] e

−T /T

. (3.79)

Для получения разностного уравнения необходимо из φ (п + 1) вычесть

φ (п), тогда получим

φ (п+1) – φ (п) e

−T /T

= kμ (n) (1– e

−T /T

) – kλ (1– e

−T /T

). (3.80)

Значительно проще превращается в разностное алгебраическое

уравнение, так как его переменные связаны между собой в любой момент

времени и в том числе в момент t ~ п.

Напишем все уравнения системы автоматического регулирования в

разностной форме:

φ (п+1) – φ (п) e

−T /T

= kμ (n) (1– e

−T /T

) – kλ (1– e

−T /T

); (3.81)

δη (п) + φ (п) = 0; (3.82)

σ (п) = η (п) – μ (n); (3.83)

μ (n + 1) – μ (n) = k

σ (n). (3.84)

Для совместного решения разностных уравнений введем оператор,

превратив эти уравнения в алгебраические:

φ –φe

−T /T

= kμ (1– e

−T /T

) – kλ (1– e

−T /T

); (3.85)

δη + φ = 0; (3.86)

σ = η – μ; (3.87)

φ – μ = k

σ. (3.88)

При исследовании системы регулирования на устойчивость

выражение kλ (1– e

−T /T

) в уравнении (3.85) можно не учитывать.

Таким образом, в полученных алгебраических уравнениях коэф-

фициенты переменных в общем случае будут некоторыми многочленами

относительно оператора р

. Эти алгебраические уравнения совместны,

решая их, получим

– e

−T /T

) φ – k (1– e

−T /T

) μ = 0;

(3.89)

–

φ – k (p

– 1 + k

) μ = 0.

Рассмотрим метод построения переходного процесса для импульсных

систем. Структурно-динамическая схема импульсной системы

регулирования представлена на рис. 3.102.

(р)=

ИЭ

(t)

Рис. 3.102. Структурно-динамическая

схема импульсного регулирования